JP2012064801A - Power module substrate with head sink, power module, and manufacturing method of power module substrate with head sink - Google Patents

Power module substrate with head sink, power module, and manufacturing method of power module substrate with head sink Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power module substrate with a heat sink, capable of promoting the diffusion of heat from a heating body such as an electronic component mounted on a first metallic plate, suppressing the generation of a crack on a ceramic substrate under the load of a thermal cycle, and having high reliability.SOLUTION: A power module substrate 10 with a heat sink comprises a ceramic substrate 21, a first metallic plate 22 joined with one surface of the ceramic substrate 21, a second metallic plate 23 joined with the other surface of the ceramic substrate 21, and a heat sink 11 joined with the other surface side of the second metallic plate 23. The first metallic plate 22 is configured by copper or a copper alloy, and one surface of the first metallic plate 22 is made to be a mounting surface 22A on which an electronic component 3 is mounted. The second metallic plate 23 is configured by aluminum with proof stress not more than 30 N/mm. The heat sink 11 is configured by metallic material with proof stress not less than 100 N/mm, and the thickness of the heat sink 11 is made to be not less than 2 mm.

Description

この発明は、大電流、高電圧を制御する半導体装置に用いられるヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to large current, a power module substrate with a heat sink used in the semiconductor device for controlling a high voltage, a power module and a manufacturing method of a substrate for a power module with a heat sink.

半導体素子の中でも電力供給のためのパワーモジュールは、発熱量が比較的高いため、これを搭載する基板としては、例えば、AlN(窒化アルミ)、Al (アルミナ)、Si (窒化ケイ素)などからなるセラミックス基板の一方の面側に第一の金属板が接合されるとともに、セラミックス基板の他方の面側に第二の金属板を介してヒートシンクが接続されたヒートシンク付パワーモジュール用基板が用いられる。 Power module for power supply among the semiconductor elements, heat generation amount is relatively high, as the substrate for mounting it, for example, AlN (aluminum nitride), Al 2 O 3 (alumina), Si 3 N 4 ( with the first metal plate is joined to one surface of the ceramic substrate made of silicon nitride), a power module with a heat sink sink through the second metal plate is connected to the other surface of the ceramic substrate use substrate is used.
このようなヒートシンク付パワーモジュール基板では、第一の金属板に回路パターンが形成され、この第一の金属板の上に、はんだ材を介してパワー素子の半導体チップが搭載される。 In such a power module substrate with a heat sink, circuit pattern is formed on the first metal plate, on top of the first metal plate, a semiconductor chip of the power device via a solder material is mounted.

例えば、特許文献1には、第一の金属板及び第二の金属板を銅板とし、この銅板をDBC法によってセラミックス基板に直接接合してなるパワーモジュール用基板が提案されている。 For example, Patent Document 1, the first metal plate and the second metal plate and copper plate, a power module substrate formed by joining directly to the ceramic substrate has been proposed by the copper plate DBC method. また、特許文献1の第1図に示すように、このパワーモジュール用基板に、有機系耐熱性接着剤用いてアルミニウム製のヒートシンクを接合することで、ヒートシンク付パワーモジュール用基板が構成されている。 Further, as shown in FIG. 1 of Patent Document 1, a substrate for power module, by joining an aluminum heat sink using an organic heat-resistant adhesive, a substrate for a power module with a heat sink is configured .

また、特許文献2には、第一の金属板及び第二の金属板としてアルミニウム板を用いてなるパワーモジュール用基板が提案されている。 Further, Patent Document 2, the power module substrate comprising an aluminum plate has been proposed as the first metal plate and the second metal plate. このパワーモジュール用基板は、第二の金属板がろう付けによってヒートシンクに接合されることにより、ヒートシンク付パワーモジュール用基板が構成されている。 The power module substrate, the second metal plate by being bonded to the heat sink by brazing, a substrate for a power module with a heat sink is constructed.

さらに、特許文献3には、セラミックス基板の一方の面に金属板を接合し、セラミックス基板の他方の面に、鋳造法によってアルミニウム製のヒートシンクを直接形成したものが提案されている。 Further, Patent Document 3, a metal plate is bonded to one surface of the ceramic substrate, the other surface of the ceramic substrate, obtained by forming an aluminum heat sink directly have been proposed by the casting method. そして、金属板としてアルミニウム板、銅板を使用することが開示されている。 Then, the aluminum plate, the use of copper is disclosed as a metal plate.

特開平04−162756号公報 JP 04-162756 discloses 特許第3171234号公報 Patent No. 3171234 Publication 特開2002−076551号公報 JP 2002-076551 JP

ところで、特許文献1に記載されたヒートシンク付パワーモジュール用基板においては、アルミニウム製のヒートシンクとセラミックス基板との間に銅板が配設されていることから、ヒートシンクとセラミックス基板との熱膨張係数の差に起因する熱歪みを、この銅板において十分に緩和することができず、熱サイクル負荷時にセラミックス基板に割れ等が生じやすいといった問題があった。 Incidentally, in the substrate for a power module with a heat sink which is described in Patent Document 1, the difference in thermal expansion coefficient from the copper plate is disposed between the aluminum heat sink and the ceramic substrate, a heat sink and ceramic substrate heat distortion due to, can not be sufficiently mitigated at the copper plate, such as cracking in the ceramic substrate is a problem tends to occur during thermal cycling loads.
なお、特許文献1には、ヒートシンクと第二の金属板との間に介在する有機系耐熱性接着剤によって熱歪みを緩和することが記載されているが、この有機系耐熱性接着剤が介在することで熱抵抗が高くなるため、第一の金属板の上に搭載された電気部品等の発熱体からの熱をヒートシンク側に効率的に放散することができないといった問題があった。 In Patent Document 1, it has been described to reduce thermal distortion by the organic heat-resistant adhesive interposed between the heat sink and the second metal plate, the organic heat-resistant adhesive is interposed because thermal resistance is increased by the heat from the heating element of the electrical components and the like mounted on the first metal plate has a problem it can not be efficiently dissipated to the heat sink side.

また、特許文献2に記載されたヒートシンク付パワーモジュール用基板においては、第一の金属板としてアルミニウム板が用いられている。 In the substrate for a power module with a heat sink which is described in Patent Document 2, an aluminum plate is used as the first metal plate.
ここで、銅とアルミニウムとを比較するとアルミニウムの方が熱伝導率が低いため、第一の金属板としてアルミニウム板を用いた場合には、第一の金属板の上に搭載された電気部品等の発熱体からの熱を拡げて放散することが銅よりも劣ることになる。 Since towards aluminum Comparing the copper and aluminum has a lower thermal conductivity, when the aluminum plate was used as the first metal plate, electrical components or the like which is mounted on the first metal plate be dissipated by expanding the heat from the heating element will be inferior copper. このため、電子部品の小型化や高出力化により、パワー密度が上昇した場合には、熱を十分に放散することができなくなるおそれがあった。 Therefore, the size reduction and higher output of the electronic component, if the power density rises, there is a possibility that it becomes impossible to sufficiently dissipate heat.

さらに、特許文献3に記載されたヒートシンク付パワーモジュール用基板においては、セラミックス基板に直接アルミニウム製のヒートシンクを接合していることから、ヒートシンクとセラミックス基板との熱膨張係数の差に起因する熱歪みによってセラミックス基板に割れが生じやすくなる。 Further, in the substrate for a power module with a heat sink which is described in Patent Document 3, since it is directly bonded to an aluminum heat sink to a ceramic substrate, due to the difference in thermal expansion coefficient between the heat sink and ceramic substrate thermal strain cracks in the ceramic substrate is likely to occur by. これを防止するために、特許文献3においては、ヒートシンクの耐力を低く設定する必要があった。 To prevent this, in Patent Document 3, it is necessary to set a lower yield strength of the heat sink. このため、ヒートシンク自体の強度が不足し、取扱いが非常に困難であった。 For this reason, the intensity of the heat sink itself is insufficient, the handling was very difficult.
また、鋳造法によってヒートシンクを形成していることから、ヒートシンクの構造が比較的簡単になり、冷却能力の高いヒートシンクを形成することができず、熱の放散を促進することができないといった問題があった。 Moreover, since forming the heat sink by casting, the structure of the heat sink is relatively simple, it is impossible to form a high cooling capacity heat sink, there is a problem unable to promote the dissipation of heat It was.

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、第一の金属板の上に搭載された電子部品等の発熱体からの熱の放散を促進することができ、かつ、熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板の割れの発生を抑制し、信頼性の高いヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール、及び、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in view of the above, it is possible to promote the dissipation of heat from a heating element such as a mounting electronic components on the first metal plate, and the thermal cycle the cracking of the ceramic substrate is suppressed at the time of loading, reliable power module substrate with a heat sink, the power module, and aims to provide a method of manufacturing a power module substrate with a heat sink.

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法は、セラミックス基板と、該セラミックス基板の一方の面に接合された第一の金属板と、前記セラミックス基板の他方の面に接合された第二の金属板と、該第二の金属板の他方の面側に接合されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付パワーモジュール用基板であって、前記第一の金属板は、銅又は銅合金で構成され、この第一の金属板の一方の面が電子部品が搭載される搭載面とされており、前記第二の金属板は、耐力が30N/mm 以下のアルミニウムで構成されており、前記ヒートシンクは、耐力が100N/mm 以上の金属材料で構成され、その厚さが2mm以上とされていることを特徴としている。 Such problem solution to the, in order to achieve the above object, method of manufacturing a substrate for a power module with a heat sink of the present invention, the first metal is bonded with the ceramic substrate, on one surface of the ceramic substrate there a plate, a second metal plate bonded to the other surface of the ceramic substrate, a heat sink is bonded to the other surface side of said second metal plate, the substrate for a power module with a heat sink having a Te, wherein the first metal plate is made of copper or a copper alloy, the one surface of the first metal plate are the mounting surface on which the electronic components are mounted, said second metal plate, strength is constituted by 30 N / mm 2 or less of aluminum, the heat sink, yield strength is composed of 100 N / mm 2 or more metallic materials, its thickness is characterized in that there is a higher 2 mm.

この構成のヒートシンク付パワーモジュール用基板においては、電子部品が搭載される搭載面を有する第一の金属板が銅又は銅合金で構成されているので、電子部品から発生する熱を十分に拡げることができ、熱の放散を促進することができる。 In the heat sink with a power module substrate of this configuration, since the first metal plate having a mounting surface on which an electronic component is to be mounted is made of copper or a copper alloy, sufficiently spread that heat generated from the electronic component it can be, it is possible to promote heat dissipation.
また、ヒートシンクとセラミックス基板との間に、耐力が30N/mm 以下のアルミニウムからなる第二の金属板が配設されているので、ヒートシンクとセラミックス基板との熱膨張係数の差に起因する熱歪みをこの第二の金属板で十分に緩和することができ、セラミックス基板の割れを抑制することができる。 Also, between the heat sink and the ceramic substrate, since the second metal plate yield strength of from 30 N / mm 2 or less of aluminum is provided, the heat caused by the difference in thermal expansion coefficient between the heat sink and ceramic substrate distortion can be sufficiently mitigated at the second metal plate, it is possible to suppress the cracking of the ceramic substrate.
さらに、上述のように、第二の金属板によって熱歪みを緩和することが可能であることから、ヒートシンクを、耐力が100N/mm 以上の金属材料で構成され、その厚さが2mm以上とすることができ、ヒートシンク自体の剛性が高く、取扱いが容易となる。 Further, as mentioned above, since it is possible to reduce thermal distortion by a second metal plate, a heat sink, yield strength is composed of 100 N / mm 2 or more metallic materials, its thickness is 2mm or more and it is possible to the rigidity of the heat sink itself is high, it is easy to handle.
また、ヒートシンクを第二の金属板に接合する構成としていることから、ヒートシンクの構造に制約がなく、冷却能力に優れたヒートシンクを採用することができる。 Further, since it is a configuration for bonding the heat sink to the second metal plate, there is no limitation on the structure of the heat sink can be employed excellent heat sink to the cooling capacity.

ここで、前記第二の金属板のうち前記セラミックス基板との接合界面又は前記ヒートシンクとの接合界面の少なくともいずれか一方には、Si,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素が固溶しており、前記第二の金属板のうち接合界面近傍における前記添加元素の濃度の合計が0.01質量%以上5質量%以下の範囲内に設定されていることが好ましい。 Here, the second to at least one of the bonding interface between the bonding interface or the heat sink and the ceramic substrate of the metal plate, Si, Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, Li and a solid solution of any one or more kinds of additive elements of the sum of the concentration of the additive element in the bonding interface area of ​​the second metal plate 0.01 wt% to 5 wt% It may preferably be set within the following ranges.
この場合、前記第二の金属板に、Si,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga及びLiのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素が固溶しているので、前記第二の金属板の接合界面側部分が固溶強化することになる。 In this case, the the second metal plate, Si, Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, since any one or two or more additive elements of Ga and Li are solid-dissolved, so that the bonding interface portion of the second metal plate to strengthen the solid solution. これにより、第二の金属板部分での破断を防止することができる。 Thus, it is possible to prevent breakage of the second metal plate portion.

また、前記第二の金属板のうち接合界面近傍における前記添加元素の濃度の合計が0.01質量%以上とされているので、第二の金属板の接合界面側部分を確実に固溶強化することができる。 Further, since the total concentration of the additive element in the bonding interface area of ​​the second metal plate is equal to or greater than 0.01 wt%, surely solid solution strengthening the bonding interface side portion of the second metal plate can do. また、前記第二の金属板のうち接合界面近傍における前記添加元素の濃度の合計が5質量%以下とされているので、第二の金属板の接合界面近傍の強度が過剰に高くなることを防止でき、このパワーモジュール用基板に熱サイクルが負荷された際に、熱歪みを第二の金属板で緩和することが可能となり、セラミックス基板の割れの発生を抑制できる。 Further, since the total concentration of the additive element in the bonding interface area of ​​the second metal plate is 5 mass% or less, that the strength of the bonding interface area of ​​the second metal plate is excessively high prevention can be, when the heat cycle is loaded on the substrate for the power module, it is possible to relax the thermal distortion in the second metal plate, it is possible to suppress the occurrence of cracking of the ceramic substrate.

さらに、前記第二の金属板のうち前記セラミックス基板との接合界面には、Si,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素の濃度が、前記第二の金属板中の前記添加元素の濃度の2倍以上とされた添加元素高濃度部が形成されていることが好ましい。 Further, wherein the second bonding interface between the ceramic substrate of the metal plate, Si, Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, any one or more additives of Li the concentration of the element is preferably added element-rich portion which is at least twice the concentration of the additive element of the second metal plate in is formed.
この場合、第二の金属板の接合界面に、前記添加元素の濃度が前記第二の金属板中の前記添加元素の濃度の2倍以上とされた添加元素高濃度部が形成されているので、界面近傍に存在する前記添加元素原子により、第二の金属板の接合強度の向上を図ることが可能となる。 In this case, the bonding interface of the second metal plate, the concentration of the additive element added element-rich portion which is at least twice the concentration of the additive element of the second metal plate in is formed , by the additive element atoms present near the interface, it is possible to improve the bonding strength of the second metal plate. なお、第二の金属板中の前記添加元素の濃度とは、第二の金属板のうち接合界面から一定距離(例えば、5nm以上)離れた部分における前記添加元素の濃度である。 Note that the concentration of the additive element of the second metal plate in a certain distance from the joint interface of the second metal plate is the concentration of the additive element in the (e.g., 5 nm or more) distant parts.

ここで、前記第二の金属板のうち前記セラミックス基板との接合界面に、前記添加元素高濃度部が形成されており、前記セラミックス基板がAl で構成され、前記セラミックス基板との接合界面に形成された前記添加元素高濃度部を含む前記接合界面をエネルギー分散型X線分析法で分析したAl、添加元素、Oの質量比が、Al:添加元素:O=50〜90質量%:1〜30質量%:45質量%以下とされていてもよい。 Here, the joint interface between the ceramics substrate of the second metal plate, said additional element high-concentration portion is formed, the ceramic substrate is composed of Al 2 O 3, bonding between the ceramic substrate Al was analyzed the joint interface including the added element-rich portion formed on the interface at an energy dispersive X-ray analysis, the additional element, the mass ratio of O is, Al: additive element: O = 50 to 90 wt% : 1 to 30 wt%: it may be 45 mass% or less.
また、前記第二の金属板のうち前記セラミックス基板との接合界面に、前記添加元素高濃度部が形成されており、前記セラミックス基板がAlNで構成され、前記セラミックス基板との接合界面に形成された前記添加元素高濃度部を含む前記接合界面をエネルギー分散型X線分析法で分析したAl、添加元素、O、Nの質量比が、Al:添加元素:O:N=50〜90質量%:1〜30質量%:1〜10質量%:25質量%以下とされていてもよい。 Furthermore, the joint interface between the ceramics substrate of the second metal plate, said additional element high-concentration portion is formed, the ceramic substrate is composed of AlN, formed at the joint interface between the ceramics substrate and Al was the bonding interface was analyzed by energy dispersive X-ray analysis method comprising the additive element high-concentration portion, the additive element, O, the weight ratio of N is, Al: additive element: O: N = 50 to 90 wt% : 1 to 30 wt%: 1 to 10 mass%: may be 25 mass% or less.
さらに、前記第二の金属板のうち前記セラミックス基板との接合界面に、前記添加元素高濃度部が形成されており、前記セラミックス基板がSi で構成され、前記添加元素がCu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上とされており、前記セラミックス基板との接合界面に形成された前記添加元素高濃度部を含む前記接合界面をエネルギー分散型X線分析法で分析したAl、Si、添加元素、O、Nの質量比が、Al:Si:添加元素:O:N=15〜45質量%:15〜45質量%:1〜30質量%:2〜20質量%:25質量%以下とされていてもよい。 Furthermore, the joint interface between the ceramics substrate of the second metal plate, said additional element high-concentration portion is formed, the ceramic substrate is composed of Si 3 N 4, wherein the additional element is Cu, Ag , Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, the joint interface comprising any one or two or more and are, formed at the joint interface between the ceramics substrate said additive element high-concentration portion of the Li the Al was analyzed with an energy dispersive X-ray spectrometry, Si, additive element, O, the weight ratio of N is, Al: Si: additive element: O: N = 15 to 45 wt%: 15 to 45 wt%: 1 30 wt%: 2 to 20 wt%: may be 25 mass% or less.

接合界面に存在する前記添加元素原子の質量比が30質量%を超えると、過剰な添加元素によって接合強度が低下するおそれがある。 When the mass ratio of the additive element atoms present at the joint interface exceeds 30 wt%, there is a fear that the bonding strength is lowered due to excessive additional element. また、第二の金属板の接合界面近傍が必要以上に強化されることになり、熱サイクル負荷時にセラミックス基板に応力が作用し、セラミックス基板が割れてしまうおそれがある。 Further, results in the bonding interface area of ​​the second metal plate is strengthened more than necessary, stress to the ceramic substrate acts during thermal cycling load, there is a possibility that the ceramic substrate is cracked. 一方、前記添加元素原子の質量比が1質量%未満であると、添加元素原子による接合強度の向上を充分に図ることができなくなるおそれがある。 On the other hand, if the mass ratio of the additive element atomic is less than 1 wt%, it may become impossible to achieve a sufficient improvement in bonding strength due to the addition element atoms. よって、接合界面における添加元素原子の質量比は、1〜30質量%の範囲内とすることが好ましいのである。 Therefore, the mass ratio of the additive element atoms at the joint interface is the preferably in the range of 1 to 30 wt%.

ここで、エネルギー分散型X線分析法による分析を行う際のスポット径は極めて小さいため、前記接合界面の複数点(例えば、10〜100点)で測定し、その平均値を算出することになる。 Since the spot diameter when performing analysis by energy dispersive X-ray analysis is very small, as measured at a plurality of points of the joint interface (for example, 10 to 100 points), thereby to calculate the average value . また、測定する際には、第二の金属板の結晶粒界とセラミックス基板との接合界面は測定対象とせず、結晶粒とセラミックス基板との接合界面のみを測定対象とする。 Also, when measuring the joint interface between the grain boundary and the ceramic substrate of the second metal plate is not measured, the only bonding interface between the crystal grains and the ceramic substrate measured.
なお、本明細書中におけるエネルギー分散型X線分析法による分析値は、日本電子製の電子顕微鏡JEM−2010Fに搭載したサーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製のエネルギー分散型蛍光X線元素分析装置NORAN System7を用いて加速電圧200kVで行った。 Incidentally, analysis by energy dispersive X-ray analysis in this specification, Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. energy dispersive X-ray fluorescence elemental analysis device mounted on JEOL electron microscope JEM-2010F NORAN System7 was carried out at an accelerating voltage of 200kV using.

また、前記セラミックス基板がAlNからなり、前記セラミックス基板のうち少なくとも一方の面には、Al 層が形成されていることが好ましい。 Further, the ceramic substrate is made of AlN, on at least one surface of said ceramic substrate is preferably the Al 2 O 3 layer is formed.
この場合、銅または銅合金からなる第一の金属板が接合されるセラミックス基板の一方の面にAl 層が形成されていることから、このAl 層と第一の金属板(銅板)とを、酸素と銅との共晶反応を利用したDBC法によって接合することが可能となる。 In this case, since the one surface of the ceramic substrate a first metal plate made of copper or a copper alloy is joined the Al 2 O 3 layer is formed, the the Al 2 O 3 layer and the first metal plate and (copper plate), it is possible to bond the DBC method using eutectic reaction between oxygen and copper. よって、セラミックス基板と第一の金属板(銅板)とを、比較的容易に、かつ、確実に接合することができる。 Therefore, the ceramic substrate and the first metal plate and (copper plate), relatively easily, and can be reliably bonded.

本発明のパワーモジュールは、前述のヒートシンク付パワーモジュール用基板と、第一の金属板上に搭載された電子部品と、を備えたことを特徴としている。 Power module of the present invention is characterized by comprising a power module substrate with the aforementioned heat sink, an electronic component mounted on the first metal plate, a.
この構成のヒートシンク付パワーモジュールによれば、第一の金属板上に搭載された電子部品からの熱を効率的に放散することができ、電子部品のパワー密度(発熱量)が向上した場合であっても、十分に対応することができる。 According to the heat sink with the power module of this configuration, the heat from the electronic component mounted on the first metal plate can be efficiently dissipated, power density (heat generation amount) of the electronic component in the case where improved even, it is possible to cope sufficiently.

本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、セラミックス基板と、該セラミックス基板の一方の面に接合された第一の金属板と、前記セラミックス基板の他方の面に接合された第二の金属板と、該第二の金属板の他方の面側に接合されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法であって、前記第一の金属板は、銅又は銅合金で構成され、前記第二の金属板は、耐力が30N/mm 以下のアルミニウムで構成され、前記ヒートシンクは、耐力が100N/mm 以上の金属材料で構成されており、前記第一の金属板と前記セラミックス基板とを接合する銅板接合工程と、前記第二の金属板と前記セラミックス基板とを接合するアルミニウム板接合工程と、前記第二の金属板と前記ヒートシンクとを Method for manufacturing a power module substrate of the present invention, a ceramic substrate, a first metal plate bonded to one surface of the ceramic substrate, a second metal plate bonded to the other surface of the ceramic substrate When a heat sink is bonded to the other surface of said second metal plate, a method of manufacturing a substrate for a power module with a heat sink having a said first metal plate is made of copper or a copper alloy is, the second metal plate, strength is composed of 30 N / mm 2 or less of aluminum, the heat sink, proof stress is constituted by 100 N / mm 2 or more metallic material, said first metal plate and the copper plate bonding step of bonding the ceramic substrate, and the aluminum plate bonding step of bonding the ceramic substrate and the second metal plate, and the said second metal plate heatsink 合するヒートシンク接合工程と、を備えており、前記アルミニウム板接合工程又は前記ヒートシンク接合工程のうち少なくともいずれか一方においては、前記第二の金属板の接合界面にSi,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素を配置し、前記第二の金属板を接合することを特徴としている。 A heat sink bonding step of coupling comprises a, in at least one of the aluminum plate bonding step or the heat sink bonding step, Si in the joint interface of the second metal plate, Cu, Ag, Zn, Mg , Ge, Ca, Ga, arranged either one or two or more additive elements of Li, is characterized by bonding the second metal plate.

この構成のパワーモジュール用基板の製造方法によれば、前述したヒートシンク付パワーモジュール用基板を製造することができる。 According to the method for manufacturing a power module substrate of this configuration, it is possible to produce a substrate for a power module with a heat sink as described above. また、前記アルミニウム板接合工程又は前記ヒートシンク接合工程のうち少なくともいずれか一方においては、前記第二の金属板の接合界面にSi,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素を配置し、前記第二の金属板を接合する構成としているので、第二の金属板と前記セラミックス基板、あるいは、前記第二の金属板と前記ヒートシンク、を強固に接合することができる。 Further, in at least one of the aluminum plate bonding step or the heat sink bonding step, Si in the joint interface of the second metal plate, Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, among Li place either one or two or more additive elements, since a configuration for bonding the second metal plate, the ceramic substrate and the second metal plate or the said second metal plate the heat sink can be firmly bonded to. また、Si,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liといった元素は、アルミニウムの融点を降下させる元素であるため、比較的低温な条件においても、第二の金属板の接合界面に溶融金属領域を形成することができる。 Furthermore, Si, Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, elements such Li is an element that lowers the melting point of aluminum, even at relatively low temperature conditions, the bonding interface of the second metal plate it is possible to form the molten metal area. なお、これらの添加元素は、第二の金属板等の接合面に固着させてもよいし、接合面にこれらの添加元素を含む金属箔(ろう材箔)を配設してもよい。 Incidentally, these additive elements may be by fixing the joint surface, such as a second metal plate, a metal foil (brazing filler metal foil) containing these additive elements to the bonding surface may be disposed.

ここで、前記アルミニウム板接合工程又は前記ヒートシンク接合工程のうち少なくともいずれか一方においては、前記添加元素が前記第二の金属板側に向けて拡散することにより、接合界面に溶融金属領域を形成し、この溶融金属領域を凝固させることによって接合することが好ましい。 Here, in at least one of the aluminum plate bonding step or the heat sink bonding step, by the addition elements diffuse toward the second metal plate side, the molten metal region formed on the joint interface it is preferable to bond by solidifying the molten metal region.
この場合、Si,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素を前記第二の金属板側に拡散させることにより、前記第二の金属板の接合界面に前記溶融金属領域を形成し、この溶融金属領域を凝固させることで、前記第二の金属板を接合する、いわゆる拡散接合(Transient Liquid Phase Diffusion Bonding)によって接合しているので、比較的低温条件でおいても、接合信頼性に優れたヒートシンク付パワーモジュール用基板を製造することができる。 In this case, Si, Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, by diffusing the second metal plate side of either one or two or more additive elements of Li, the first wherein to form a molten metal region on the bonding interface of the two metal plates, by solidifying the molten metal region, bonding the second metal plate, and joined by the so-called diffusion bonding (Transient Liquid Phase diffusion bonding) because there is relatively even at a low temperature conditions, it is possible to produce excellent substrate for a power module with a heat sink on the bonding reliability.

また、前記第二の金属板の接合界面に配置される前記添加元素量が、0.01mg/cm 以上10mg/cm 以下の範囲内とされていることが好ましい。 Further, the amount of additive element disposed at the bonding interface of the second metal plate, it is preferable that there is a 0.01 mg / cm 2 or more 10 mg / cm 2 within the following ranges.
この場合、前記第二の金属板の接合界面に配置される前記添加元素量を0.01mg/cm 以上としているので、第二の金属板の接合界面に、溶融金属領域を確実に形成することができる。 In this case, since the amount of additive element disposed at the bonding interface of the second metal plate is set to 0.01 mg / cm 2 or more, the bonding interface between the second metal plate, to reliably form the molten metal region be able to.
さらに、前記第二の金属板の接合界面に配置される前記添加元素量を10mg/cm 以下としているので、前記添加元素が過剰に第二の金属板側に拡散して接合界面近傍の第二の金属板の強度が過剰に高くなることを防止できる。 Further, since the amount of additive element disposed at the bonding interface of the second metal plate is set to 10 mg / cm 2 or less, the additive element is excessively diffused to the second metal plate side of the bonding interface near the strength of the two metal plates can be prevented from being excessively high. よって、パワーモジュール用基板に冷熱サイクルが負荷された際に、熱歪みを第二の金属板で吸収することができ、セラミックス基板の割れ等を防止できる。 Therefore, when the thermal cycle is loaded on the power module substrate, a thermal distortion can be absorbed by the second metal plate can be prevented cracking of the ceramic substrate or the like.
また、前記第二の金属板の接合界面に配置される前記添加元素量が、0.01mg/cm 以上10mg/cm 以下の範囲内とされているので、前記第二の金属板のうち接合界面近傍における前記添加元素の濃度の合計が0.01質量%以上5質量%以下の範囲内とされたヒートシンク付パワーモジュール用基板を製造することができる。 Further, the amount of additive element disposed at the bonding interface of the second metal plate, since there is a 0.01 mg / cm 2 or more 10 mg / cm 2 within the range, of said second metal plate joining total concentration of the additive element in the vicinity of the interface it is possible to produce a substrate for a power module with a heat sink which is in the range of 5 wt% or less than 0.01 mass%.

さらに、前記銅板接合工程の前に、前記セラミックス基板の少なくとも一方の面にAl 層を形成するアルミナ層形成工程を行うことが好ましい。 Furthermore, prior to the copper plate bonding step, it is preferable to perform the alumina layer forming step of forming an Al 2 O 3 layer on at least one surface of the ceramic substrate.
この場合、セラミックス基板の一方の面にAl 層を形成することにより、銅又は銅合金からなる第一の金属板とセラミックスとをDBC法を用いて接合することが可能となる。 In this case, by forming an Al 2 O 3 layer on one surface of a ceramic substrate, a first metal plate and a ceramic made of copper or a copper alloy it is possible to bond with the DBC method. なお、形成するAl 層の厚さは、1μm以上とすることが好ましい。 The thickness of the formed Al 2 O 3 layer is preferably set to 1μm or more. Al 層の厚さが1μm未満の場合、第一の金属板とセラミックスとの良好に接合できなくなるおそれがあるためである。 When the thickness of the Al 2 O 3 layer is less than 1 [mu] m, is because there may not be well bonded to the first metal plate and the ceramics.

また、前記アルミニウム板接合工程と前記ヒートシンク接合工程とを同時に行うことが好ましい。 Further, it is preferable to perform the heat sink bonding step and the aluminum plate bonding step at the same time.
この場合、前記第二の金属板と前記セラミックス基板、前記第二の金属板と前記ヒートシンク、を同時に接合する構成としていることから、前記第二の金属板の接合工程を1回で行うことができ、このヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造コストを大幅に削減することができる。 In this case, the second metal plate and the ceramic substrate, said second metal plate and the heat sink, since you are simultaneously bonded configuration, be performed a bonding step of the second metal plate at one time can, the manufacturing cost of the substrate for a power module with a heat sink can be significantly reduced. また、セラミックス基板に不要な熱負荷が作用することがなく、反り等の発生を抑制することができる。 Further, there is no act unnecessary heat load to the ceramic substrate, it is possible to suppress the generation of warping. さらに、セラミックス基板の他方の面側に、第二の金属板とヒートシンクとが同時に接合されることから、セラミックス基板の他方の面側に剛性の高い部材が一度に接合されることになり、接合時におけるセラミックス基板の反りの発生を抑制することができる。 Further, the other surface side of the ceramic substrate, since the second metal plate and the heat sink are joined simultaneously, will be the other surface high rigidity side member of the ceramic substrate are bonded at a time, joint it is possible to suppress the occurrence of warpage of the ceramic substrate at the time.

さらに、前記第二の金属板の接合界面に、前記添加元素とともにアルミニウムを配置することが好ましい。 Furthermore, the bonding interface between the second metal plate, it is preferable to arrange the aluminum with the additive element.
この場合、前記添加元素とともにアルミニウムを配置しているので、第二の金属板の接合界面に溶融金属領域を確実に形成することが可能となる。 In this case, since the aluminum arranged together with the additional element, it is possible to reliably form a molten metal region on the bonding interface of the second metal plate. また、添加元素の酸化損耗を抑制することができる。 Further, it is possible to suppress the oxidation wear of the additional element.

また、蒸着、CVD、スパッタリング、めっき又はペーストの塗布のいずれかから選択される手段により、前記第二の金属板の接合界面に前記添加元素を配置することが好ましい。 Further, vapor deposition, CVD, sputtering, by a means selected from any of the coating of plating or paste, it is preferable to dispose the additional element in the bonding interface between the second metal plate.
この場合、蒸着、CVD、スパッタリング、めっき又はペーストの塗布のいずれかから選択される手段によって、第二の金属板の接合界面に確実に添加元素を配置することができる。 In this case, deposition, CVD, sputtering, by a means selected from any of the coating of plating or paste, can be placed reliably additional element at the bonding interface of the second metal plate.

本発明によれば、第一の金属板の上に搭載された電子部品等の発熱体からの熱の放散を促進することができ、かつ、熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板の割れの発生を抑制し、信頼性の高いヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール、及び、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to facilitate the dissipation of heat from a heating element such as a mounting electronic components on the first metal plate, and suppress the occurrence of cracking of the ceramic substrate during a thermal cycle load and, reliable power module substrate with a heat sink, the power module, and can provide a method of manufacturing a power module substrate with a heat sink.

本発明の第1の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールの概略説明図である。 It is a schematic illustration of a power module which uses a first substrate for a power module with a heat sink according to an embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の第二の金属板の添加元素の濃度分布を示す説明図である。 Is an explanatory view showing the concentration distribution of the additive element of the first second metal plate of the substrate for a power module with a heat sink according to an embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の第二の金属層及びヒートシンク(天板部)の添加元素の濃度分布を示す説明図である。 It is an explanatory view showing a first concentration distribution of the additive element of the second metal layer and the heat sink substrate for a power module with a heat sink according to an embodiment (top plate) of the present invention. 本発明の第1の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の第二の金属板とセラミックス基板との接合界面の模式図である。 It is a schematic diagram of the junction interface between the first second metal plate and a ceramic substrate board for a power module with a heat sink according to an embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法のフロー図である。 It is a flow diagram of a first embodiment in which method for manufacturing a power module substrate with a heat sink of the present invention. 本発明の第1の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法を示す説明図である。 Manufacturing method of the first substrate for a power module with a heat sink according to an embodiment of the present invention is an explanatory diagram showing. 図5におけるセラミックス基板と第二の金属板との接合界面近傍を示す説明図である。 It is an explanatory view showing a joint near the interface between the ceramic substrate and the second metal plate in Fig. 図5における天板部と第二の金属板(金属層)との接合界面近傍を示す説明図である。 It is an explanatory view showing a joint interface near the top plate portion and a second metal plate (metal layer) in Fig. 本発明の第2の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールの概略説明図である。 It is a schematic illustration of a power module which uses a second substrate for a power module with a heat sink according to an embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の第一の金属板とセラミックス基板との接合界面に拡大説明図である。 It is an enlarged view illustrating the bonding interface between the second first metal plate and the ceramic substrate board for a power module with a heat sink according to an embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の第二の金属板の添加元素の濃度分布を示す説明図である。 It is an explanatory view showing a second concentration distribution of the additive element of the metal plate of the second substrate for a power module with a heat sink according to an embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の第二の金属層及びヒートシンク(天板部)の添加元素の濃度分布を示す説明図である。 It is an explanatory view showing the concentration distribution of the second additional element in the second metal layer and the heat sink substrate for a power module with a heat sink according to an embodiment (top plate) of the present invention. 本発明の第2の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の第二の金属板とセラミックス基板との接合界面の模式図である。 It is a schematic diagram of the junction interface between the second second metal plate and a ceramic substrate board for a power module with a heat sink according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法のフロー図である。 It is a flow diagram of a method for manufacturing a power module substrate with a heat sink according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法を示す説明図である。 It is an explanatory view showing a method of manufacturing a power module substrate with a heat sink according to an embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールの概略説明図である。 Is a schematic illustration of a third power module using a substrate for a power module with a heat sink is a embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の第二の金属板の添加元素の濃度分布を示す説明図である。 It is an explanatory view showing a third second concentration distribution of the additive element of the metal plate of the substrate for a power module with a heat sink according to an embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の第二の金属層及びヒートシンク(天板部)の添加元素の濃度分布を示す説明図である。 It is an explanatory view showing a third concentration distribution of the additive element of the second metal layer and the heat sink substrate for a power module with a heat sink according to an embodiment (top plate) of the present invention. 本発明の第3の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の第二の金属板とセラミックス基板との接合界面の模式図である。 It is a schematic diagram of the junction interface between the third second metal plate and a ceramic substrate board for a power module with a heat sink according to an embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法のフロー図である。 It is a flow diagram of a third method for manufacturing a power module substrate with a heat sink according to an embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法を示す説明図である。 The third method for manufacturing a power module substrate with a heat sink according to an embodiment of the present invention is an explanatory diagram showing. 本発明の他の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールの概略説明図である。 Is a schematic illustration of a power module using the another embodiment is a substrate for a power module with a heat sink of the present invention.

以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。 It will be described below with reference to the accompanying drawings embodiments of the present invention.
図1に本発明の第1の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板10及びこのヒートシンク付パワーモジュール用基板10を用いたパワーモジュール1を示す。 It shows a power module 1 using the first embodiment the heat sink with a power module substrate 10 and the heat sink with a power module substrate 10 is in the form of the present invention in FIG.
このパワーモジュール1は、ヒートシンク付パワーモジュール用基板10と、このヒートシンク付パワーモジュール用基板10の搭載面22A上にはんだ層2を介して接合された半導体チップ3(電子部品)と、を備えている。 The power module 1 is provided with a substrate 10 for a power module with a heat sink, a semiconductor chip 3 which is bonded via a solder layer 2 on the mounting surface 22A of the heat sink with a power module substrate 10 (electronic component), a there. ここで、はんだ層2は、例えばSn−Ag系、Sn−In系、若しくはSn−Ag−Cu系のはんだ材とされている。 Here, the solder layer 2 is, for example, Sn-Ag system, there is a Sn-In system, or Sn-Ag-Cu based solder material. なお、本実施形態では、搭載面22Aとはんだ層2との間にNiメッキ層(図示なし)が設けられている。 In the present embodiment, Ni-plated layer (not shown) is provided between the mounting surface 22A and the solder layer 2.

ヒートシンク付パワーモジュール用基板10は、セラミックス基板21と、このセラミックス基板21の一方の面(図1において上面)に接合された第一の金属板22と、セラミックス基板21の他方の面(図1において下面)に接合された第二の金属板23と、からなるパワーモジュール用基板20と、ヒートシンク11と、を備えている。 Substrate for a power module with a heat sink 10 includes a ceramic substrate 21, the first metal plate 22 bonded to one surface of the ceramic substrate 21 (upper surface in FIG. 1), the other surface of the ceramic substrate 21 (FIG. 1 It includes a second metal plate 23 joined to the lower surface), a power module substrate 20 made of, and the heat sink 11, the in.

セラミックス基板21は、第一の金属板22と第二の金属板23との間の電気的接続を防止するものであって、絶縁性の高いAl (アルミナ)で構成されている。 Ceramic substrate 21 is for preventing the first metal plate 22 electrically connected between the second metal plate 23, and a high insulating property of Al 2 O 3 (alumina). また、セラミックス基板21の厚さは、0.2〜1.5mmの範囲内に設定されており、本実施形態では、0.635mmに設定されている。 Further, the thickness of the ceramic substrate 21 is set in the range of 0.2 to 1.5 mm, in the present embodiment is set to 0.635 mm.

第一の金属板22は、銅又は銅合金で構成されており、本実施形態では、タフピッチ銅の圧延板とされている。 First metal plate 22 is made of copper or a copper alloy, in the present embodiment is a rolled plate of tough pitch copper. また、その板厚は0.1〜1.0mmの範囲内に設定されており、本実施形態では、0.6mmに設定されている。 Also, its thickness is set within a range of 0.1 to 1.0 mm, in the present embodiment is set to 0.6 mm.
この第一の金属板22には、回路パターンが形成されており、その一方の面(図1において上面)が、半導体チップ3が搭載される搭載面22Aとされている。 This first metal plate 22 is formed with a circuit pattern, one surface (upper surface in FIG. 1) is, the semiconductor chip 3 is the mounting surface 22A to be mounted.

第二の金属板23は、耐力が30N/mm 以下のアルミニウムで構成されており、本実施形態では純度99.99%以上の純アルミニウム(いわゆる4Nアルミ)で構成されている。 Second metal plate 23, proof stress is constituted by 30 N / mm 2 or less of aluminum, in the present embodiment is composed of a purity of 99.99% or higher pure aluminum (so-called 4N aluminum). また、その板厚は0.6〜6mmの範囲内に設定されており、本実施形態では、2.0mmに設定されている。 Also, its thickness is set within a range of 0.6~6Mm, in the present embodiment is set to 2.0 mm.

ヒートシンク11は、前述のパワーモジュール用基板20を冷却するためのものである。 The heat sink 11 is for cooling the power module substrate 20 of the above. 本実施形態におけるヒートシンク11は、パワーモジュール用基板20と接合される天板部12と、この天板部12に積層配置される冷却部材13と、を備えている。 The heat sink 11 in this embodiment includes a top wall 12 which is joined to the power module substrate 20, and the cooling member 13 to be stacked on the top wall 12, a. 冷却部材13の内部には、冷却媒体が流通する流路14が形成されている。 Inside of the cooling member 13 has a passage 14 which a cooling medium flows is formed.
ここで、天板部12と冷却部材13とは、固定ネジ15によって連結される構造とされている。 Here, the top plate 12 and the cooling member 13, and is structured to be connected by a fixing screw 15. このため、天板部12には、固定ネジ15をねじ込んでも容易に変形しないように剛性を確保する必要がある。 Therefore, the top plate portion 12, it is necessary to ensure the rigidity so as not to easily deformed by screwing fixing screws 15. そこで、本実施形態では、ヒートシンク11の天板部12を、耐力が100N/mm 以上の金属材料で構成し、その厚さを2mm以上としている。 Therefore, in this embodiment, the top wall 12 of the heat sink 11, proof stress is constituted by 100 N / mm 2 or more metallic materials, it has a thickness of not less than 2 mm. なお、本実施形態では、天板部12は、A6063合金(アルミニウム合金)で構成されている。 In the present embodiment, the top wall 12 is composed of A6063 (aluminum alloys).

そして、図2に示すように、セラミックス基板21と第二の金属板23との接合界面30においては、Si,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素が固溶しており、本実施形態では、添加元素としてCuが固溶している。 Then, as shown in FIG. 2, the ceramic substrate 21 and in the joint interface 30 between the second metal plate 23, Si, Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, one of Li 1 and a solid solution species or two or more additive elements, in the present embodiment, Cu is dissolved as an additive element.
ここで、第二の金属板23の接合界面30近傍には、接合界面30から積層方向に離間するにしたがい漸次添加元素の濃度(本実施形態ではCu濃度)が低下する濃度傾斜層31が形成されている。 Here, the joint interface 30 near the second metal plate 23, the concentration gradient layer 31 is reduced (Cu concentration in the present embodiment) concentration of gradual addition element according separated from the joint interface 30 in the stacking direction form It is. また、この濃度傾斜層31の接合界面30側(第二の金属板23の接合界面30近傍)の添加元素の濃度(本実施形態ではCu濃度)が、0.01質量%以上5質量%以下の範囲内に設定されている。 Further, the joint interface 30 side of the concentration gradient layer 31 concentration (Cu concentration in the present embodiment) of the additional element (the joint interface 30 near the second metal plate 23), 5 wt% or less than 0.01 wt% It is set in the range of.
なお、第二の金属板23の接合界面30近傍の添加元素の濃度は、EPMA分析(スポット径30μm)によって、接合界面30から50μmの位置で5点測定した平均値である。 The concentration of the joint interface 30 near the additional element of the second metal plate 23, by EPMA analysis (spot size 30 [mu] m), an average value measured five points at a position 50μm from the bonding interface 30. また、図2のグラフは、第二の金属板23の中央部分において積層方向にライン分析を行い、前述の50μm位置での濃度を基準として求めたものである。 Further, the graph of FIG. 2 performs a line analysis in the lamination direction in the central portion of the second metal plate 23, in which calculated based on the concentration at 50μm position described above.

また、図3に示すように、第二の金属板23とヒートシンク11の天板部12との接合界面40においては、第二の金属板23及び天板部12に、Si,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素が固溶しており、本実施形態では、添加元素としてCuが固溶している。 Further, as shown in FIG. 3, in the joint interface 40 between the top wall 12 of the second metal plate 23 and the heat sink 11, the second metal plate 23 and the top plate portion 12, Si, Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, and solid solution either one or two or more additive elements of Li, in this embodiment, Cu is dissolved as an additive element.
ここで、第二の金属板23及び天板部12の接合界面40近傍には、接合界面40から積層方向に離間するにしたがい漸次添加元素の濃度(本実施形態ではCu濃度)が低下する濃度傾斜層41、42が形成されている。 Here, in the vicinity bonding interface 40 of the second metal plate 23 and the top plate portion 12, the concentration of the gradual addition element according spaced stacking direction from the bonding interface 40 (Cu concentration in the present embodiment) is reduced concentration gradient layer 41 is formed. また、この濃度傾斜層41、42の接合界面40側(第二の金属板23及び天板部12の接合界面40近傍)の添加元素の濃度(本実施形態ではCu濃度)が、0.01質量%以上5質量%以下の範囲内に設定されている。 Moreover, the bonding interface 40 side of the concentration gradient layer 41 and 42 (Cu concentration in the present embodiment) concentration of additive element (the bonding interface 40 near the second metal plate 23 and the top plate portion 12), 0.01 It is set to the mass% to 5 mass% in the range.
なお、この第二の金属板23及び天板部12の接合界面40近傍の添加元素の濃度は、EPMA分析(スポット径30μm)によって、接合界面40から50μmの位置で5点測定した平均値である。 The concentration of the additive element at the bonding interface 40 near the second metal plate 23 and the top plate portion 12, by EPMA analysis (spot size 30 [mu] m), the average value measured five points at a position 50μm from the bonding interface 40 is there. また、図3のグラフは、第二の金属板23及び天板部12の中央部分において積層方向にライン分析を行い、前述の50μm位置での濃度を基準として求めたものである。 Further, the graph of FIG. 3 performs line analysis in the lamination direction in the central portion of the second metal plate 23 and the top plate portion 12, in which calculated based on the concentration at 50μm position described above.

また、セラミックス基板21と第二の金属板23との接合界面30を透過電子顕微鏡において観察した場合には、図4に示すように、接合界面30に添加元素(Cu)が濃縮した添加元素高濃度部32が形成されている。 Further, when the joint interface 30 between the ceramic substrate 21 and the second metal plate 23 was observed in the transmission electron microscope, as shown in FIG. 4, the additive element height additive element joint interface 30 (Cu) was concentrated density portion 32 is formed. この添加元素高濃度部32においては、添加元素の濃度(Cu濃度)が、第二の金属板23中の添加元素の濃度(Cu濃度)の2倍以上とされている。 In this additional element high concentration section 32, the concentration of the additive element (Cu concentration), there is a second concentration of the additive element in the metal plate 23 (Cu concentration) twice or more. なお、この添加元素高濃度部32の厚さHは4nm以下とされている。 The thickness H of the added element-rich portion 32 is a 4nm or less.

なお、ここで観察する接合界面30は、第二の金属板23の格子像の界面側端部とセラミックス基板21の格子像の接合界面30側端部との間の中央を基準面Sとする。 Here, the joint interface 30 to be observed, it is assumed that the reference plane S to the center between the joint interface 30 side end portion of the lattice image of the second grating image of the metal plate 23 surface side end portion and the ceramic substrate 21 . また、第二の金属板23中の添加元素の濃度(Cu濃度)は、第二の金属板23のうち接合界面30から一定距離(本実施形態では5nm)離れた部分における添加元素の濃度(Cu濃度)である。 The concentration of the additive element in the second metal plate 23 (Cu concentration), the concentration of the additive element in the (5 nm in this embodiment) away portion a certain distance from the joint interface 30 of the second metal plate 23 ( is a Cu concentration).

また、この接合界面30をエネルギー分散型X線分析法(EDS)で分析した際のAl、添加元素(Cu)、Oの質量比が、Al:添加元素(Cu):O=50〜90質量%:1〜30質量%:45質量%以下の範囲内に設定されている。 Also, Al upon the analysis of this bonding interface 30 with an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), the additional element (Cu), the mass ratio of O is, Al: additive element (Cu): O = 50~90 weight %: 30 wt%: is set within a range of 45 wt% or less. なお、EDSによる分析を行う際のスポット径は1〜4nmとされており、接合界面30を複数点(例えば、本実施形態では20点)で測定し、その平均値を算出している。 Incidentally, the spot diameter when performing analysis by EDS is a 1 to 4 nm, measured at a plurality of points of the joint interface 30 (e.g., 20 points in the present embodiment), calculates the average value thereof. また、第二の金属板23の結晶粒界とセラミックス基板21との接合界面30は測定対象とせず、第二の金属板23の結晶粒とセラミックス基板21との接合界面30のみを測定対象としている。 Further, the joint interface 30 between the grain boundary and the ceramic substrate 21 of the second metal plate 23 is not measured, only the joint interface 30 between the crystal grains and the ceramic substrate 21 of the second metal plate 23 as measured there. また、エネルギー分散型X線分析法による分析値は、日本電子製の電子顕微鏡JEM−10Fに搭載したサーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製のエネルギー分散型蛍光X線元素分析装置NORAN System7を用いて加速電圧200kVで行った。 The analysis value by energy dispersive X-ray spectrometry, accelerated using an energy dispersive X-ray fluorescence elemental analyzer NORAN System7 Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. was mounted on JEOL electron microscope JEM-10F It was carried out in voltage 200kV.

以下に、前述の構成のヒートシンク付パワーモジュール用基板10の製造方法について、図5から図8を参照して説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the heat sink with the power module substrate 10 of the structure described above, will be described with reference to FIGS. 5 to 8.

まず、図5及び図6に示すように、銅からなる第一の金属板22と、セラミックス基板21とを接合する(銅板接合工程S01)。 First, as shown in FIGS. 5 and 6, joined to the first metal plate 22 made of copper, and a ceramic substrate 21 (copper plate bonding step S01). ここで、セラミックス基板21がAl で構成されていることから、銅からなる第一の金属板22とセラミックス基板21とを、銅と酸素の共晶反応を利用したDBC法により接合する。 Here, since the ceramic substrate 21 is constituted by Al 2 O 3, and a first metal plate 22 and the ceramic substrate 21 made of copper, it is joined by a DBC method using a eutectic reaction between copper and oxygen . 具体的には、タフピッチ銅からなる第一の金属板22と、セラミックス基板21とを接触させ、窒素ガス雰囲気中で1075℃で10分加熱することで、第一の金属板22と、セラミックス基板21とが接合されることになる。 Specifically, the first metal plate 22 made of tough pitch copper is brought into contact with the ceramic substrate 21, heating 10 minutes at 1075 ° C. in a nitrogen gas atmosphere, the first metal plate 22, a ceramic substrate so that 21 and are joined.

次に、セラミックス基板21の他方の面側に第二の金属板23を接合する(アルミニウム板接合工程S02)とともに、第二の金属板23とヒートシンク11の天板部12とを接合する(ヒートシンク接合工程S03)。 Next, joining the other side the second metal plate 23 of the ceramic substrate 21 with (aluminum plate bonding step S02), to join the top wall 12 of the second metal plate 23 and the heat sink 11 (heat sink bonding step S03). 本実施形態では、これらアルミニウム板接合工程S02と、ヒートシンク接合工程S03と、を同時に実施することになる。 In the present embodiment, these aluminum plate bonding step S02, the sink bonding step S03, will be carried out simultaneously.

第二の金属板23のセラミックス基板21との接合面にスパッタリングによって添加元素(Cu)を固着して第1固着層51を形成するとともに、第二の金属板23のヒートシンク11の天板部12との接合面にスパッタリングによって添加元素(Cu)を固着して第2固着層52を形成する(固着層形成工程S11)。 To form a second first fixed layer 51 is fixed additive element (Cu) by sputtering on the bonding surface of the ceramic substrate 21 of the metal plate 23, the top plate portion of the heat sink 11 of the second metal plate 23 12 It fixed an additive element (Cu) by sputtering at the interface between the forming the second fixing layer 52 (pinned layer forming step S11). ここで、第1固着層51及び第2固着層52における添加元素量は0.01mg/cm 以上10mg/cm 以下の範囲内とされており、本実施形態では、添加元素としてCuを用いており、第1固着層51及び第2固着層52におけるCu量が0.08mg/cm 以上2.7mg/cm 以下に設定されている。 Here, the amount of additive element in the first pinned layer 51 and the second pinned layer 52 is a 0.01 mg / cm 2 or more 10 mg / cm 2 within the range, in this embodiment, Cu is used as the additive element and which, Cu amount in the first pinned layer 51 and the second pinned layer 52 is set to 0.08 mg / cm 2 or more 2.7 mg / cm 2 or less.

次に、図6に示すように、第二の金属板23をセラミックス基板21の他方の面側に積層する。 Next, as shown in FIG. 6, laminating the second metal plate 23 on the other surface of the ceramic substrate 21. さらに、第二の金属板23の他方の面側にヒートシンク11の天板部12を積層する(積層工程S12)。 Additionally, laminating the top wall 12 of the heat sink 11 to the other surface side of the second metal plate 23 (lamination step S12).
このとき、図6に示すように、第二の金属板23の第1固着層51が形成された面がセラミックス基板21を向くように、かつ、第二の金属板23の第2固着層52が形成された面が天板部12を向くようにして、これらを積層する。 At this time, as shown in FIG. 6, the second pinned layer 52 of the second manner the surface which the first pinned layer 51 is formed of a metal plate 23 faces the ceramic substrate 21, and a second metal plate 23 There formed surface thereof faces the top plate portion 12, and laminating these. すなわち、第二の金属板23とセラミックス基板21との間に第1固着層51(添加元素:Cu)を介在させ、第二の金属板23と天板部12との間に第2固着層52(添加元素:Cu)を介在させているのである。 That is, the first pinned layer 51 (additional element: Cu) between the second metal plate 23 and the ceramic substrate 21 interposed therebetween, the second pinned layer between the second metal plate 23 and the top plate portion 12 52 (additional element: Cu) is What is interposed.

次に、第一の金属板22及びセラミックス基板21、第二の金属板23、天板部12をその積層方向に加圧(圧力1〜35kgf/cm )した状態で真空加熱炉内に装入して加熱する(加熱工程S13)。 Next, the first metal plate 22 and the ceramic substrate 21, a second metal plate 23, instrumentation in a vacuum heating furnace top plate portion 12 in the stacking direction in a state where the pressure (pressure 1~35kgf / cm 2) heated by entering (heating step S13). ここで、本実施形態では、真空加熱炉内の圧力は10 −3 〜10 −6 Paの範囲内に設定し、加熱温度は550℃以上650℃以下の範囲内に設定している。 In the present embodiment, the pressure in the vacuum heating furnace is set within the range of 10 -3 to 10 -6 Pa, the heating temperature is set within a range of 650 ° C. or less 550 ° C. or higher.

すると、図7に示すように、第二の金属板23とセラミックス基板21との界面に第1溶融金属領域55が形成されることになる。 Then, as shown in FIG. 7, so that the first molten metal region 55 is formed at the interface between the second metal plate 23 and the ceramic substrate 21. この第1溶融金属領域55は、図7に示すように、第1固着層51の添加元素(Cu)が第二の金属板23側に拡散することによって、第二の金属板23の第1固着層51近傍の添加元素の濃度(Cu濃度)が上昇して融点が低くなることにより形成されるものである。 The first molten metal region 55, as shown in FIG. 7, by the additional element of the first fixed layer 51 (Cu) from diffusing into side second metal plate 23, the first second metal plate 23 increased concentration of the additive element in the vicinity of the pinned layer 51 (Cu concentration) are those formed by the lower melting point.
また、図8に示すように、第二の金属板23と天板部12との界面に第2溶融金属領域56が形成される。 Further, as shown in FIG. 8, the second molten metal region 56 is formed at the interface between the second metal plate 23 and the top plate portion 12. この第2溶融金属領域56は、図8に示すように、第2固着層52の添加元素(Cu)が第二の金属板23側及び天板部12側に拡散することによって、第二の金属板23及び天板部12の第2固着層52近傍の添加元素の濃度(Cu濃度)が上昇して融点が低くなることにより形成されるものである。 The second molten metal region 56, as shown in FIG. 8, by the additional element of the second pinned layer 52 (Cu) from diffusing to the second metal plate 23 side and the top plate portion 12 side, a second the concentration of the additive element of the second pinned layer 52 near the metal plate 23 and the top plate portion 12 (Cu concentration) is raised is that formed by the lower melting point.

次に、第1溶融金属領域55、第2溶融金属領域56が形成された状態で温度を一定に保持しておく(溶融金属凝固工程S14)。 Next, the first molten metal region 55 and holds the temperature constant in a state where the second molten metal region 56 is formed (molten metal solidifying step S14).
すると、第1溶融金属領域55中のCuが、さらに第二の金属板23側へと拡散していくことになる。 Then, Cu in the first molten metal region 55, thus to continue to further diffuse into the second metal plate 23 side. これにより、第1溶融金属領域55であった部分のCu濃度が徐々に低下していき融点が上昇することになり、温度を一定に保持した状態で凝固が進行していく。 This makes it possible to Cu concentration in the first molten metal region 55 a which was part gradually melting point will decrease rises, solidified while holding the temperature constant progresses. これにより、セラミックス基板21と第二の金属板23とが接合される。 Thus, the ceramic substrate 21 and the second metal plate 23 are joined.
同様に、第2溶融金属領域56中のCuが、さらに第二の金属板23側及び天板部12側へと拡散し、第2溶融金属領域56であった部分のCu濃度が徐々に低下していき融点が上昇することになり、温度を一定に保持した状態で凝固が進行していく。 Similarly, Cu in the second molten metal region 56 further side second metal plate 23 and diffuses into the top wall 12 side, lowering the Cu concentration of the a portion the second molten metal region 56 is gradually will be to continue the melting point rises, it solidified while holding the temperature constant progresses. これにより、第二の金属板23と天板部12とが接合される。 Accordingly, and the second metal plate 23 top plate 12 is bonded.

つまり、セラミックス基板21と第二の金属板23、及び、天板部12と第二の金属板23とは、いわゆる拡散接合(Transient Liquid Phase Diffusion Bonding)によって接合されているのである。 That is, the ceramic substrate 21 and the second metal plate 23 and, the top wall 12 and the second metal plate 23 is what is joined by a so-called diffusion bonding (Transient Liquid Phase Diffusion Bonding). このようにして凝固が進行した後に、常温にまで冷却を行う。 After this way solidification proceeded, to cool to ambient temperature.

このようにして、第一の金属板22、セラミックス基板21、第二の金属板23、ヒートシンク11の天板部12とが接合され、本実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板10が製造されることになる。 In this way, the first metal plate 22, the ceramic substrate 21, a second metal plate 23, a top plate portion 12 of the heat sink 11 is bonded, the heat sink with a power module substrate 10 is this embodiment is manufactured It becomes Rukoto.

以上のような構成とされた本実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板10によれば、半導体チップ3が搭載される搭載面22Aを有する第一の金属板22が、タフピッチ銅で構成されているので、半導体チップ3から発生する熱を十分に拡げることができ、この熱の放散を促進することができる。 According to the heat sink with the power module substrate 10 is this embodiment which is the above configuration, the first metal plate 22 having a mounting surface 22A of the semiconductor chip 3 is mounted, it consists of a tough pitch copper because there can be expanded the heat generated from the semiconductor chip 3 sufficiently, it is possible to facilitate the dissipation of the heat. よって、パワー密度の高い半導体チップ3等の電子部品を搭載することができ、半導体パッケージの小型化、高出力化を図ることが可能となる。 Therefore, it is possible to mount the electronic component of high semiconductor chip 3 or the like having a power density, miniaturization of the semiconductor package, it is possible to achieve a higher output.

また、ヒートシンク11の天板部12を、耐力が100N/mm 以上の金属材料で構成され、その厚さが2mm以上のものとしており、本実施形態では、A6063合金(アルミニウム合金)で構成されたものとしていることから、剛性が高く、取扱いが容易となる。 Further, the top plate portion 12 of the heat sink 11, yield strength is composed of 100 N / mm 2 or more metallic materials, has its thickness and not less than 2 mm, in the present embodiment is composed of A6063 (aluminum alloys) since it is assumed the high rigidity is easily operated. よって、図1に示すように、この天板部12を冷却部材13に固定ネジ15で固定することができ、冷却能力に優れたヒートシンク11を構成することが可能となる。 Therefore, as shown in FIG. 1, the top wall 12 can be fixed by fixing screws 15 to the cooling member 13, it is possible to construct an excellent heat sink 11 to the cooling capacity.

さらに、ヒートシンク11の天板部12とセラミックス基板21との間に、耐力が30N/mm 以下のアルミニウム(本実施形態では、純度99.99%以上の純アルミニウム)からなる第二の金属板23が配設されているので、ヒートシンク11の天板部12の剛性が高くても、ヒートシンク11の天板部12とセラミックス基板21との熱膨張係数の差に起因する熱歪みをこの第二の金属板23で十分に緩和することができ、セラミックス基板21の割れの発生を抑制することができる。 Furthermore, between the top wall 12 and the ceramic substrate 21 of the heat sink 11, (in the present embodiment, pure aluminum of 99.99% purity) yield strength is 30 N / mm 2 or less of aluminum second metal plate made of since 23 is arranged, even with a high rigidity of the top plate 12 of the heat sink 11, the second heat distortion caused by a difference in thermal expansion coefficient between the top plate 12 and the ceramic substrate 21 of the heat sink 11 of a metal plate 23 can be sufficiently relaxed, it is possible to suppress the occurrence of cracking of the ceramic substrate 21. 特に、本実施形態では、第二の金属層の厚さを0.6〜6mmの範囲内としていることから、確実に熱歪みを吸収することができるとともに、この第二の金属板23による熱抵抗の増大を抑制することができる。 In particular, in the present embodiment, the thickness of the second metal layer since it is in the range of 0.6~6Mm, it is possible to reliably absorb the thermal distortion, heat from the second metal plate 23 the increase in resistance can be suppressed.

また、本実施形態では、セラミックス基板21がAl で構成されているので、上述のように、タフピッチ銅からなる第一の金属板22とセラミックス基板21とを、酸素と銅との共晶反応を利用したDBC法によって接合することができる。 Further, in the present embodiment, since the ceramic substrate 21 is constituted by Al 2 O 3, as described above, co of the first metal plate 22 and the ceramic substrate 21 made of tough pitch copper, oxygen and copper it can be joined by DBC method using a crystallization reaction. よって、セラミックス基板21と第一の金属板22との接合強度を確保することができ、接合信頼性に優れたヒートシンク付パワーモジュール用基板10を構成することができる。 Therefore, it is possible to secure the bonding strength of the ceramic substrate 21 and the first metal plate 22 can be configured excellent substrate 10 for a power module with a heat sink on the bonding reliability.

また、第二の金属板23とセラミックス基板21との接合界面30、及び、第二の金属板23とヒートシンク11の天板部12との接合界面40には、Si,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素が固溶しており、本実施形態では、添加元素としてCuが固溶されているので、第二の金属板23の接合界面30、40側部分が固溶強化することになり、第二の金属板23部分での破断を防止することができる。 Further, the joint interface 30 between the second metal plate 23 and the ceramic substrate 21, and, at the joint interface 40 between the top wall 12 of the second metal plate 23 and the heat sink 11, Si, Cu, Ag, Zn, mg, Ge, Ca, Ga, and solid solution either one or two or more additive elements of Li, in the present embodiment, since Cu is dissolved as an additive element, the second will be the joint interface 30, 40 side part of the metal plate 23 is solid solution strengthening, it is possible to prevent breakage of the second metal plate 23 portions.

ここで、第二の金属板23のうち接合界面30、40近傍における添加元素の濃度(本実施形態ではCu濃度)が0.01質量%以上5質量%以下の範囲内に設定されているので、第二の金属板23の接合界面30、40近傍の強度が過剰に高くなることを防止でき、このヒートシンク付パワーモジュール用基板10に冷熱サイクルが負荷された際に、熱歪みを第二の金属板23で緩和することが可能となり、セラミックス基板21の割れの発生を抑制できる。 Here, the concentration of the additive element in the vicinity bonding interface 30, 40 of the second metal plate 23 (Cu concentration in the present embodiment) is set in the range of 5 wt% or less than 0.01 wt% , it is possible to prevent the bonding interface 30, 40 near the strength of the second metal plate 23 is excessively high, when the thermal cycle is loaded into the heat sink with a power module substrate 10, the thermal distortion second can be relaxed by the metal plate 23, it can suppress the occurrence of cracking of the ceramic substrate 21.

また、第二の金属板23とセラミックス基板21との接合界面30には、Si,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素の濃度(本実施形態ではCu濃度)が、第二の金属板23中の前記添加元素の濃度の2倍以上とされた添加元素高濃度部32が形成されているので、界面近傍に存在する添加元素原子(Cu原子)により、第二の金属板23の接合強度の向上を図ることが可能となる。 In addition, the joint interface 30 between the second metal plate 23 and the ceramic substrate 21, Si, Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, any one or more additives of Li concentration of the element (Cu concentration in the present embodiment), the second additional element high-concentration portion 32 of the is the additive element concentration twice or more in the metal plate 23 is formed, the presence near the interface the additive element atoms (Cu atom), it is possible to improve the bonding strength of the second metal plate 23.

また、添加元素高濃度部32を含む接合界面30をエネルギー分散型X線分析法で分析したAl、添加元素(Cu)、Oの質量比が、Al:添加元素(Cu):O=50〜90質量%:1〜30質量%:45質量%以下とされているので、Alと添加元素(Cu)との反応物が過剰に生成されることがなく、第二の金属板23とセラミックス基板21との接合を良好に行うことができる。 Also, Al a joint interface 30 were analyzed by energy dispersive X-ray analysis method comprising the added element-rich portion 32, the additional element (Cu), the mass ratio of O is, Al: additive element (Cu): O = 50~ 90 wt%: 30 wt%: since there is a 45% by mass or less, without reaction product of Al and the additive element (Cu) is excessively formed, the second metal plate 23 a ceramic substrate it can be favorably perform bonding between 21. また、この反応物によって第二の金属板23の接合界面30近傍が必要以上に強化されることがなく、熱歪みを確実に吸収することが可能となり、熱サイクル負荷時のセラミックス基板21の割れの発生を抑制することができる。 Further, without being strengthened more than necessary joint interface 30 near the second metal plate 23 by the reaction, it is possible to reliably absorb the thermal distortion, cracking of the ceramic substrate 21 during thermal cycling load it is possible to suppress the occurrence.

本実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板10の製造方法によれば、前述したヒートシンク付パワーモジュール用基板10を製造することができる。 According to the manufacturing method of the heat sink with the power module substrate 10 is present embodiment, it is possible to manufacture the heat sink with a power module substrate 10 described above. また、アルミニウム板接合工程S02及びヒートシンク接合工程S03においては、第二の金属板23の接合界面30、40にSi,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素(本実施形態ではCu)を配置し、第二の金属板23を接合する構成としているので、第二の金属板23とセラミックス基板21、及び、第二の金属板23とヒートシンク11の天板部12、をそれぞれ強固に接合することができる。 In the aluminum plate bonding step S02 and heat sink bonding step S03, Si in the joint interface 30, 40 of the second metal plate 23, Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, one of Li one or more additive element (Cu in the present embodiment) are arranged, since the structure for joining a second metal plate 23, the second metal plate 23 and the ceramic substrate 21, and a second the top wall 12 of the metal plate 23 and the heat sink 11, it is possible to be firmly bonded, respectively. また、Si,Cu,Zn,Mg,Ge,Ca,Liといった元素は、アルミニウムの融点を降下させる元素であるため、比較的低温な条件においても、第二の金属板23の接合界面30、40に、第1溶融金属領域55、第2溶融金属領域56を形成することができる。 Furthermore, Si, Cu, Zn, Mg, Ge, Ca, elements such Li is an element that lowers the melting point of aluminum, even at relatively low temperature conditions, the bonding interface 30, 40 of the second metal plate 23 , it is possible to form first molten metal region 55, the second molten metal region 56.
さらに、Cuが存在することによって接合界面30、40近傍が活性化すると推測され、低温状況下でもセラミックス基板21と第二の金属板23、天板部12と第二の金属板23、をそれぞれ強固に接合すること可能となるのである。 Further, Cu is presumed to activate near joint interface 30 and 40 by the presence, the ceramic substrate 21 at a low temperature conditions and the second metal plate 23, a top wall 12 a second metal plate 23, respectively it become possible to firmly join.

また、本実施形態では、アルミニウム板接合工程S02及びヒートシンク接合工程S03においては、添加元素(Cu)が第二の金属板23側及び天板部12側に向けて拡散することにより、接合界面30、40に第1溶融金属領域55、第2溶融金属領域56を形成し、この第1溶融金属領域55、第2溶融金属領域56を凝固させることによって接合する、いわゆる拡散接合(Transient Liquid Phase Diffusion Bonding)によって接合しているので、比較的低温条件で強固に接合することができ、接合信頼性に優れたヒートシンク付パワーモジュール用基板10を製造することができる。 Further, in the present embodiment, in the aluminum plate bonding step S02 and heat sink bonding step S03, by the additive element (Cu) from diffusing toward the second metal plate 23 side and the top plate portion 12 side, the joint interface 30 , first molten metal region 55 to 40, the second molten metal region 56 is formed, the first molten metal region 55, joined by solidifying the second molten metal region 56, a so-called diffusion bonding (Transient Liquid Phase diffusion since joined by bonding), a relatively low temperature conditions can be strongly bonded, excellent power module substrate 10 with a heat sink on the bonding reliability can be produced.

また、第二の金属板23の接合面に形成される第1固着層51及び第2固着層52における添加元素量は0.01mg/cm 以上10mg/cm 以下の範囲内とされており、本実施形態では、添加元素としてCuを用いており、第1固着層51及び第2固着層52におけるCu量が0.08mg/cm 以上2.7mg/cm 以下に設定されているので、第二の金属板23の接合界面30、40に確実に、第1溶融金属領域55、第2溶融金属領域56を形成することができる。 Further, the amount of additive element in the first pinned layer 51 and the second fixed layer 52 formed on the bonding surface of the second metal plate 23 is a 0.01 mg / cm 2 or more 10 mg / cm 2 within the range in the present embodiment, using Cu as an additional element, since the Cu content of the first pinned layer 51 and the second pinned layer 52 is set to 0.08 mg / cm 2 or more 2.7 mg / cm 2 or less , to ensure the bonding interface 30, 40 of the second metal plate 23, a first molten metal region 55, it is possible to form the second molten metal region 56. また、添加元素(Cu)が過剰に第二の金属板23側に拡散して接合界面30、40近傍の第二の金属板23の強度が過剰に高くなることを防止できる。 Further, it is possible to prevent the strength of the additional element (Cu) is excessively second neighboring bonding interface 30, 40 diffuse to the metal plate 23 side second metal plate 23 is excessively high. よって、ヒートシンク付パワーモジュール用基板10に熱サイクルが負荷された際に、熱歪みを第二の金属板23で確実に吸収することができ、セラミックス基板21の割れ等を防止できる。 Therefore, when the heat cycle is loaded into substrate 10 a power module with a heat sink, it is possible to reliably absorb the thermal distortion in the second metal plate 23, thereby preventing the cracks of the ceramic substrate 21.

また、本実施形態では、アルミニウム板接合工程S02とヒートシンク接合工程S03とを同時に行う構成としているので、第二の金属板23の両面の接合工程を1回で行うことができ、このヒートシンク付パワーモジュール用基板10の製造コストを大幅に削減することができる。 Further, in the present embodiment, since the configuration in which the aluminum plate bonding step S02 and the heat sink bonding step S03 simultaneously, the bonding step of the both surfaces of the second metal plate 23 can be carried out once, the power with the heat sink the manufacturing cost of the module substrate 10 can be significantly reduced. さらに、セラミックス基板21に不要な熱負荷が作用することがなく、反り等の発生を抑制することができる。 Furthermore, there is no act unnecessary heat load to the ceramic substrate 21, it is possible to suppress the generation of warping.
また、スパッタリングにより、第二の金属板23の接合面に添加元素(Cu)を固着させることで、第1固着層51及び第2固着層52を形成しているので、第二の金属板23の接合界面30、40に確実に添加元素を配置することができる。 Further, by sputtering, by fixing an additive element (Cu) on the bonding surface of the second metal plate 23, so forming a first fixed layer 51 and the second pinned layer 52, a second metal plate 23 surely added element at the bonding interface 30, 40 can be arranged for.

次に、本発明の第2の実施形態について、図9から図15を参照して説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 15 from FIG.
図9に示すパワーモジュール101は、ヒートシンク付パワーモジュール用基板110と、このヒートシンク付パワーモジュール用基板110の搭載面122A上にはんだ層2を介して接合された半導体チップ3(電子部品)と、を備えている。 Power module 101 shown in FIG. 9, a substrate 110 for a power module with a heat sink, the semiconductor chip 3 which is bonded via a solder layer 2 on the mounting surface 122A of the heat sink with a power module substrate 110 (electronic component), It is equipped with a. ここで、はんだ層2は、例えばSn−Ag系、Sn−In系、若しくはSn−Ag−Cu系のはんだ材とされている。 Here, the solder layer 2 is, for example, Sn-Ag system, there is a Sn-In system, or Sn-Ag-Cu based solder material. なお、本実施形態では、搭載面122Aとはんだ層2との間にNiメッキ層(図示なし)が設けられている。 In the present embodiment, Ni-plated layer (not shown) is provided between the mounting surface 122A and the solder layer 2.

ヒートシンク付パワーモジュール用基板110は、セラミックス基板121と、このセラミックス基板121の一方の面(図9において上面)に接合された第一の金属板122と、セラミックス基板121の他方の面(図9において下面)に接合された第二の金属板123と、からなるパワーモジュール用基板120と、ヒートシンク111と、を備えている。 The power module substrate 110 with a heat sink, the ceramic substrate 121, a first metal plate 122 joined to one surface of the ceramic substrate 121 (upper surface in FIG. 9), the other surface of the ceramic substrate 121 (FIG. 9 includes a second metal plate 123 joined to the lower surface), a power module substrate 120 made of a heat sink 111, the at.

セラミックス基板121は、第一の金属板122と第二の金属板123との間の電気的接続を防止するものであって、絶縁性の高いAlN(窒化アルミ)で構成されている。 Ceramic substrate 121 is for preventing the first metal plate 122 of the electrical connection between the second metal plate 123, and a high insulating property AlN (aluminum nitride). また、セラミックス基板121の厚さは、0.2〜1.5mmの範囲内に設定されており、本実施形態では、0.635mmに設定されている。 Further, the thickness of the ceramic substrate 121 is set in the range of 0.2 to 1.5 mm, in the present embodiment is set to 0.635 mm.

第一の金属板122は、銅又は銅合金で構成されており、本実施形態では、タフピッチ銅の圧延板とされている。 First metal plate 122 is made of copper or a copper alloy, in the present embodiment is a rolled plate of tough pitch copper. また、その板厚は0.1 〜1.0mmの範囲内に設定されており、本実施形態では、0.6 mmに設定されている。 Also, its thickness is set within a range of 0.1 1.0 mm, in the present embodiment is set to 0.6 mm.
この第一の金属板122には、回路パターンが形成されており、その一方の面(図9において上面)が、半導体チップ3が搭載される搭載面122Aとされている。 This first metal plate 122 is formed with a circuit pattern, one surface (upper surface in FIG. 9), the semiconductor chip 3 is the mounting surface 122A to be mounted.

ここで、セラミックス基板121と第一の金属板122との界面には、図10に示すように、Al 層125が形成されている。 Here, the ceramic substrate 121 to the interface between the first metal plate 122, as shown in FIG. 10, Al 2 O 3 layer 125 is formed. 本実施形態では、このAl 層125の厚さは、1μm以上とされている。 In the present embodiment, the thickness of the the Al 2 O 3 layer 125 is a 1μm or more.

第二の金属板123は、耐力が30N/mm 以下のアルミニウムで構成されており、本実施形態では純度99.99%以上の純アルミニウム(いわゆる4Nアルミ)で構成されている。 The second metal plate 123, proof stress is constituted by 30 N / mm 2 or less of aluminum, in the present embodiment is composed of a purity of 99.99% or higher pure aluminum (so-called 4N aluminum). また、その板厚は0.6〜6mmの範囲内に設定されており、本実施形態では、2.0mmに設定されている。 Also, its thickness is set within a range of 0.6~6Mm, in the present embodiment is set to 2.0 mm.

ヒートシンク111は、前述のパワーモジュール用基板120を冷却するためのものである。 The heat sink 111 is for cooling the power module substrate 120 of the above. 本実施形態におけるヒートシンク111は、パワーモジュール用基板120と接合される天板部112と、冷却媒体(例えば冷却水)を流通するための流路114と、を備えている。 The heat sink 111 in this embodiment includes a top plate 112 is bonded to the power module substrate 120 includes a channel 114 for circulating a cooling medium (eg cooling water), and.
ここで、ヒートシンク111(天板部112)は、熱伝導性が良好な材質で構成されることが望ましく、かつ、構造材としての剛性を確保する必要がある。 Here, the heat sink 111 (top plate 112) is desirably thermally conductive is constituted by a good material, and it is necessary to ensure the rigidity of the structural member. そこで、本実施形態においては、ヒートシンク111の天板部112は、A6063(アルミニウム合金)で構成されている。 Therefore, in this embodiment, the top plate portion 112 of the heat sink 111 is composed of A6063 (aluminum alloy).

そして、図11に示すように、セラミックス基板121と第二の金属板123との接合界面130においては、Si,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素が固溶しており、本実施形態では、添加元素としてGeが固溶している。 Then, as shown in FIG. 11, the ceramic substrate 121 in the joint interface 130 between the second metal plate 123, Si, Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, one of Li 1 and a solid solution species or two or more additive elements, in the present embodiment, Ge is dissolved as an additive element.
ここで、第二の金属板123の接合界面130近傍には、接合界面130から積層方向に離間するにしたがい漸次添加元素の濃度(本実施形態ではGe濃度)が低下する濃度傾斜層131が形成されている。 Here, in the vicinity bonding interface 130 of the second metal plate 123, the concentration gradient layer 131 is reduced (Ge concentration in this embodiment) gradual concentration of the additive element in accordance spaced stacking direction from the bonding interface 130 formed It is. また、この濃度傾斜層131の接合界面130側(第二の金属板123の接合界面130近傍)の添加元素の濃度(本実施形態ではGe濃度)が、0.01質量%以上5質量%以下の範囲内に設定されている。 Further, the joint interface 130 side of the concentration gradient layer 131 (Ge concentration in this embodiment) the concentration of the additive element (the joint interface 130 near the second metal plate 123) is 5 wt% or less than 0.01 wt% It is set in the range of.
なお、第二の金属板123の接合界面130近傍の添加元素の濃度は、EPMA分析(スポット径30μm)によって、接合界面130から50μmの位置で5点測定した平均値である。 The concentration of the bonding interface 130 near the additional element of the second metal plate 123, by EPMA analysis (spot size 30 [mu] m), an average value measured five points at a position 50μm from the bonding interface 130. また、図11のグラフは、第二の金属板123の中央部分において積層方向にライン分析を行い、前述の50μm位置での濃度を基準として求めたものである。 Further, the graph of FIG. 11 performs line analysis in the lamination direction in the central portion of the second metal plate 123, in which determined based on the concentration at 50μm position described above.

また、図12に示すように、第二の金属板123とヒートシンク111の天板部112との接合界面140においては、第二の金属板123及び天板部112に、Si,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素が固溶しており、本実施形態では、添加元素としてGeが固溶している。 Further, as shown in FIG. 12, in the joint interface 140 between the top plate portion 112 of the second metal plate 123 and the heat sink 111, the second metal plate 123 and the top plate portion 112, Si, Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, and solid solution either one or two or more additive elements of Li, in the present embodiment, Ge is dissolved as an additive element.
ここで、第二の金属板123及び天板部112の接合界面140近傍には、接合界面140から積層方向に離間するにしたがい漸次添加元素の濃度(本実施形態ではGe濃度)が低下する濃度傾斜層141、142が形成されている。 Here, in the vicinity bonding interface 140 of the second metal plate 123 and the top plate portion 112, the concentration of the gradual addition element according spaced stacking direction from the bonding interface 140 (Ge concentration in this embodiment) is reduced concentration gradient layers 141 and 142 are formed. また、この濃度傾斜層141、142の接合界面140側(第二の金属板123及び天板部112の接合界面140近傍)の添加元素の濃度(本実施形態ではGe濃度)が、0.01質量%以上5質量%以下の範囲内に設定されている。 Further, the joint interface 140 side of the concentration gradient layer 141 and 142 (Ge concentration in this embodiment) the concentration of the additive element (bonding interface 140 near the second metal plate 123 and the top plate portion 112) is 0.01 It is set to the mass% to 5 mass% in the range.
なお、この第二の金属板123及び天板部112の接合界面140近傍の添加元素の濃度は、EPMA分析(スポット径30μm)によって、接合界面140から50μmの位置で5点測定した平均値である。 The concentration of the additive element at the bonding interface 140 near the second metal plate 123 and the top plate 112, by EPMA analysis (spot size 30 [mu] m), the average value measured five points at a position 50μm from the bonding interface 140 is there. また、図12のグラフは、第二の金属板123及び天板部112の中央部分において積層方向にライン分析を行い、前述の50μm位置での濃度を基準として求めたものである。 Further, the graph of FIG. 12 performs line analysis in the lamination direction in the central portion of the second metal plate 123 and the top plate portion 112, but was determined based on the concentration at 50μm position described above.

また、セラミックス基板121と第二の金属板123との接合界面130を透過電子顕微鏡において観察した場合には、図13に示すように、接合界面130に添加元素(Ge)が濃縮した添加元素高濃度部132が形成されている。 Further, when the joint interface 130 between the ceramics substrate 121 and the second metal plate 123 was observed in the transmission electron microscope, as shown in FIG. 13, the additional element height additive element joint interface 130 (Ge) is concentrated density portion 132 is formed. この添加元素高濃度部132においては、添加元素の濃度(Ge濃度)が、第二の金属板123中の添加元素の濃度(Ge濃度)の2倍以上とされている。 In this additional element high concentration section 132, the concentration of the additive element (Ge concentration) are at least twice the concentration of the additive element in the second metal plate 123 (Ge concentration). なお、この添加元素高濃度部132の厚さHは4nm以下とされている。 The thickness H of the added element-rich portion 132 is a 4nm or less.

なお、ここで観察する接合界面130は、図13に示すように、第二の金属板123の格子像の界面側端部とセラミックス基板121の格子像の接合界面130側端部との間の中央を基準面Sとする。 Incidentally, the joint interface 130 that observed here, as shown in FIG. 13, between the joint interface 130 side end portion of the lattice image of the second interface side end of the ceramic substrate 121 of the grid image of the metal plate 123 central to the reference plane S. また、第二の金属板123中の添加元素の濃度(Ge濃度)は、第二の金属板123のうち接合界面130から一定距離(本実施形態では5nm)離れた部分における添加元素の濃度(Ge濃度)である。 The concentration of the additive element in the second metal plate 123 (Ge concentration), the concentration of the additive element in the (5 nm in this embodiment) away portion a certain distance from the joint interface 130 of the second metal plate 123 ( a Ge concentration).

また、この接合界面130をエネルギー分散型X線分析法(EDS)で分析した際のAl、添加元素(Ge)、O、Nの質量比が、Al:添加元素(Ge):O:N=50〜90質量%:1〜30質量%:1〜10質量%:25質量%以下の範囲内に設定されている。 Also, Al upon the analysis of this bonding interface 130 by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), the additional element (Ge), O, the weight ratio of N is, Al: additive element (Ge): O: N = 50-90 wt%: 30 wt%: 1 to 10 mass%: is set in the range of 25 wt% or less. なお、EDSによる分析を行う際のスポット径は1〜4nmとされており、接合界面130を複数点(例えば、本実施形態では20点)で測定し、その平均値を算出している。 Incidentally, the spot diameter when performing analysis by EDS is a 1 to 4 nm, measured at a plurality of points of the joint interface 130 (e.g., 20 points in the present embodiment), calculates the average value thereof. また、第二の金属板123の結晶粒界とセラミックス基板121との接合界面130は測定対象とせず、第二の金属板123の結晶粒とセラミックス基板121との接合界面130のみを測定対象としている。 Further, the joint interface 130 between the crystalline grain boundary and the ceramics substrate 121 of the second metal plate 123 is not measured, only the joint interface 130 between the crystalline grain and the ceramics substrate 121 of the second metal plate 123 as a measurement target there.
また、エネルギー分散型X線分析法による分析値は、日本電子製の電子顕微鏡JEM−2010Fに搭載したサーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製のエネルギー分散型蛍光X線元素分析装置NORAN System7を用いて加速電圧200kVで行った。 The analysis value by energy dispersive X-ray spectrometry, accelerated using an energy dispersive X-ray fluorescence elemental analyzer NORAN System7 Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. was mounted on JEOL electron microscope JEM-2010F It was carried out in voltage 200kV.

以下に、前述の構成のヒートシンク付パワーモジュール用基板110の製造方法について説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the heat sink with the power module substrate 110 of the structure described above.

まず、図14及び図15に示すように、AlNからなるセラミックス基板121の一方の面に、Al 層125を形成する(アルミナ層形成工程S100)。 First, as shown in FIGS. 14 and 15, on one surface of the ceramic substrate 121 made of AlN, to form an Al 2 O 3 layer 125 (alumina layer forming step S100). このアルミナ層形成工程S100においては、AlNの酸化処理を1200℃以上でAr−O 混合ガス雰囲気にて行った。 In this alumina layer forming step S100, oxidation treatment is performed in the AlN at Ar-O 2 mixed gas atmosphere at 1200 ° C. or higher. 酸素分圧P O2を10kPaとし、水蒸気分圧P H2Oを0.05kPaに調整した。 The oxygen partial pressure P O2 and 10 kPa, to prepare a water vapor partial pressure P H2 O to 0.05 kPa. このように、高酸素分圧/低水蒸気分圧雰囲気にてAlNの酸化処理を行うことにより、AlNとの密着性に優れた緻密なAl 層125が形成されることになる。 Thus, by performing oxidation treatment of AlN at high oxygen partial pressure / low water vapor partial pressure atmosphere, so that the dense the Al 2 O 3 layer 125 having excellent adhesion to the AlN is formed. ここで、Al 層125の厚さは1μm以上とされている。 The thickness of the Al 2 O 3 layer 125 is equal to or greater than 1 [mu] m.
なお、高純度のArガスを脱酸処理した後に酸素ガスを混合することによって酸素分圧を調整した。 Incidentally, by adjusting the oxygen partial pressure by mixing the oxygen gas with high purity Ar gas after deacidification. また、この雰囲気ガスをシリカゲルと五酸化二リンを充填した乾燥系に通すことで脱水処理を行った後に所定温度に調整された水中を通過させることによって水蒸気分圧を調整した。 Further, to adjust the partial pressure of water vapor by passing water adjusted to a predetermined temperature after the dehydration treatment by passing the ambient gas drying system packed with silica gel and phosphorus pentoxide.

次に、銅からなる第一の金属板122と、セラミックス基板121とを接合する(銅板接合工程S101)。 Next, bonded to the first metal plate 122 made of copper, and a ceramic substrate 121 (copper plate bonding step S101). ここで、AlNからなるセラミックス基板121の一方の面にAl 層125が形成されていることから、銅からなる第一の金属板122とAl 層125とが、銅と酸素の共晶反応を利用したDBC法により接合されることになる。 Here, since the Al 2 O 3 layer 125 on one surface of the ceramic substrate 121 made of AlN is formed, a first metal plate 122 and the Al 2 O 3 layer 125 made of copper, copper and oxygen They will be joined by the DBC method using a eutectic reaction. 具体的には、タフピッチ銅からなる第一の金属板122と、セラミックス基板121のAl 層125とを接触させ、窒素ガス雰囲気中で1075℃で10分加熱することで、第一の金属板122と、セラミックス基板121のAl 層125とを接合するのである。 Specifically, the first metal plate 122 made of tough pitch copper is brought into contact with the Al 2 O 3 layer 125 of the ceramic substrate 121, heating 10 minutes at 1075 ° C. in a nitrogen gas atmosphere, the first the metal plate 122 is to join the the Al 2 O 3 layer 125 of the ceramic substrate 121.

次に、セラミックス基板121の他方の面側に第二の金属板123を接合する(アルミニウム板接合工程S102)とともに、第二の金属板123とヒートシンク111(天板部112)とを接合する(ヒートシンク接合工程S103)。 Next, joining the second metal plate 123 on the other surface of the ceramic substrate 121 with (aluminum plate bonding step S102), and bonded to the second metal plate 123 and the heat sink 111 (top plate 112) ( The heat sink bonding step S103). 本実施形態では、これらアルミニウム板接合工程S102と、ヒートシンク接合工程S103と、を同時に実施することになる。 In the present embodiment, these aluminum plate bonding step S102, the sink bonding step S103, will be carried out simultaneously.

第二の金属板123のセラミックス基板121との接合面にスパッタリングによって添加元素を固着して第1固着層151を形成するとともに、第二の金属板123のヒートシンク111(天板部112)との接合面にスパッタリングによって添加元素を固着して第2固着層152を形成する(固着層形成工程S111)。 And forming a first fixed layer 151 by fixing an additional element by sputtering on the bonding surface of the ceramic substrate 121 of the second metal plate 123, the heat sink 111 of the second metal plate 123 (top plate 112) by fixing the additional element by sputtering on the bonding surface to form a second pinned layer 152 (adhesive layer forming step S111). ここで、第1固着層151及び第2固着層152における添加元素量は0.01mg/cm 以上10mg/cm 以下の範囲内とされており、本実施形態では、添加元素としてGeを用いており、第1固着層151及び第2固着層152におけるGe量が0.01mg/cm 以上10mg/cm 以下に設定されている。 Here, the amount of additive element in the first pinned layer 151 and the second pinned layer 152 is a 0.01 mg / cm 2 or more 10 mg / cm 2 within the range, in the present embodiment, using the Ge as an additive element and which, Ge amount in the first pinned layer 151 and the second pinned layer 152 is set to 0.01 mg / cm 2 or more 10 mg / cm 2 or less.

次に、図15に示すように、第二の金属板123をセラミックス基板121の他方の面側に積層する。 Next, as shown in FIG. 15, laminating the second metal plate 123 on the other surface of the ceramic substrate 121. さらに、第二の金属板123の他方の面側にヒートシンク111の天板部112を積層する(積層工程S112)。 Additionally, laminating the top plate portion 112 of the heat sink 111 on the other side of the second metal plate 123 (laminating step S112).
このとき、図15に示すように、第二の金属板123の第1固着層151が形成された面がセラミックス基板121を向くように、かつ、第二の金属板123の第2固着層152が形成された面が天板部112を向くようにして、これらを積層する。 At this time, as shown in FIG. 15, as the surface of the first pinned layer 151 is formed of a second metal plate 123 faces the ceramic substrate 121 and the second pinned layer 152 of the second metal plate 123 There formed surface thereof faces the top plate portion 112 and stacking these. すなわち、第二の金属板123とセラミックス基板121との間に第1固着層151(添加元素:Ge)を介在させ、第二の金属板123と天板部112との間に第2固着層152(添加元素:Ge)を介在させているのである。 That is, the first pinned layer 151 (additional element: Ge) between the second metal plate 123 and the ceramic substrate 121 interposed therebetween, the second pinned layer between the second metal plate 123 and the top plate portion 112 152 (additional element: Ge) is What is interposed.

次に、第一の金属板122及びセラミックス基板121、第二の金属板123、天板部112をその積層方向に加圧(圧力1〜35kgf/cm )した状態で真空加熱炉内に装入して加熱する(加熱工程S113)。 Next, the first metal plate 122 and the ceramic substrate 121, a second metal plate 123, instrumentation in a vacuum heating furnace top plate portion 112 in the stacking direction in a state where the pressure (pressure 1~35kgf / cm 2) heated by entering (heating step S113). ここで、本実施形態では、真空加熱炉内の圧力は10 −3 〜10 −6 Paの範囲内に、加熱温度は550℃以上650℃以下の範囲内に設定している。 In the present embodiment, the pressure in the vacuum heating furnace is in the range of 10 -3 to 10 -6 Pa, the heating temperature is set within a range of 650 ° C. or less 550 ° C. or higher.

すると、第二の金属板123とセラミックス基板121との界面に第1溶融金属領域が形成されることになる。 Then, so that the first molten metal region at the interface between the second metal plate 123 and the ceramic substrate 121 is formed. この第1溶融金属領域は、第1固着層151の添加元素(Ge)が第二の金属板123側に拡散することによって、第二の金属板123の第1固着層151近傍の添加元素の濃度(Ge濃度)が上昇して融点が低くなることにより形成されるものである。 The first molten metal region, by the additional element of the first pinned layer 151 (Ge) is diffused into the second metal plate 123 side, of the additive element of the first pinned layer 151 near the second metal plate 123 concentration (Ge concentration) is raised is that formed by the melting point is lowered.
また、第二の金属板123と天板部112との界面に第2溶融金属領域が形成される。 The second molten metal region is formed at the interface between the second metal plate 123 and the top plate portion 112. この第2溶融金属領域は、第2固着層152の添加元素(Ge)が第二の金属板123側及び天板部112側に拡散することによって、第二の金属板123及び天板部112の第2固着層152近傍の添加元素の濃度(Ge濃度)が上昇して融点が低くなることにより形成されるものである。 The second molten metal region, by the additional element of the second pinned layer 152 (Ge) is diffused into the second metal plate 123 side and the top plate portion 112 side, a second metal plate 123 and the top plate portion 112 the second pinned layer 152 to increase the concentration of the additive element in the vicinity (Ge concentration) of those formed by the melting point is lowered.

次に、第1溶融金属領域、第2溶融金属領域が形成された状態で温度を一定に保持しておく(溶融金属凝固工程S114)。 Next, the first molten metal region and holds the temperature constant in a state where the second molten metal region is formed (molten metal solidifying step S114).
すると、第1溶融金属領域中のGeが、さらに第二の金属板123側へと拡散していくことになる。 Then, Ge of the first in the molten metal region, so that continue to further diffuse into the second metal plate 123 side. これにより、第1溶融金属領域であった部分のGe濃度が徐々に低下していき融点が上昇することになり、温度を一定に保持した状態で凝固が進行していく。 This makes it possible to Ge concentration of a portion a first molten metal region is gradually reduced to continue the melting point rises, it solidified while holding the temperature constant progresses. これにより、セラミックス基板121と第二の金属板123とが接合される。 Thus, the ceramic substrate 121 and the second metal plate 123 is joined.
同様に、第2溶融金属領域中のGeが、さらに第二の金属板123側及び天板部112側へと拡散し、第2溶融金属領域であった部分のGe濃度が徐々に低下していき融点が上昇することになり、温度を一定に保持した状態で凝固が進行していく。 Similarly, Ge in the second in a molten metal region further diffuse into the second metal plate 123 side and the top plate portion 112 side, Ge concentration of a portion a second molten metal region gradually decreases will be live melting point rises, it solidified while holding the temperature constant progresses. これにより、第二の金属板123と天板部112とが接合される。 Thereby, a second metal plate 123 and the top plate portion 112 is joined.

つまり、セラミックス基板121と第二の金属板123、及び、天板部112と第二の金属板123とは、いわゆる拡散接合(Transient Liquid Phase Diffusion Bonding)によって接合されているのである。 That is, the ceramic substrate 121 and the second metal plate 123 and, the top plate portion 112 and the second metal plate 123 is what is joined by a so-called diffusion bonding (Transient Liquid Phase Diffusion Bonding). このようにして凝固が進行した後に、常温にまで冷却を行う。 After this way solidification proceeded, to cool to ambient temperature.

このようにして、第一の金属板122、セラミックス基板121、第二の金属板123、ヒートシンク111(天板部112)とが接合され、本実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板110が製造されることになる。 In this way, the first metal plate 122, the ceramic substrate 121, a second metal plate 123, heat sink 111 and the (top plate 112) is joined, the heat sink with a power module substrate 110 is a present embodiment manufactured It is is will be.

以上のような構成とされた本実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板110によれば、上述の第1の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板と同様の作用効果を奏することになり、第一の金属板122の上に搭載された半導体チップ3等の発熱体からの熱を効率良く促進することができ、かつ、熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板121の割れの発生を抑制し、信頼性の高いヒートシンク付パワーモジュール用基板110を提供することが可能となる。 According to the configuration and heatsink with a power module substrate 110 is a present embodiment as described above, it will be the same effects as the substrate for a power module with a heat sink which is a first embodiment described above, heat from a heating element such as a semiconductor chip 3 mounted on the first metal plate 122 efficiently it is possible to promote, and suppressing the occurrence of cracking of the ceramic substrate 121 during thermal cycling loads, trust it is possible to provide sexual high heat sink with a power module substrate 110.

また、本実施形態では、AlNからなるセラミックス基板121の一方の面に、Al 層125を形成し、このAl 層125を介して、銅からなる第一の金属板122とセラミックス基板121とをDBC法によって接合していることから、第一の金属板122とセラミックス基板121とを強固に接合することができる。 Further, in this embodiment, on one surface of the ceramic substrate 121 made of AlN, was formed a the Al 2 O 3 layer 125, via the the Al 2 O 3 layer 125, a first metal plate 122 made of copper a ceramic substrate 121 because it is joined by DBC method, it is possible to firmly bond the first metal plate 122 and the ceramic substrate 121. よって、AlNからなるセラミックス基板121であっても、DBC法を利用して銅からなる第一の金属板122を接合することが可能となる。 Therefore, even ceramic substrate 121 made of AlN, it is possible to bond the first metal plate 122 made of copper using a DBC method.

さらに、アルミナ層形成工程S100において、形成するAl 層125の厚さを1μm以上としているので、第一の金属板122とセラミックス基板121とを確実に接合することが可能となる。 Further, in the alumina layer forming step S100, since the thickness of the Al 2 O 3 layer 125 for forming is not less than 1 [mu] m, it is possible to reliably bond the first metal plate 122 and the ceramic substrate 121.
また、本実施形態では、高酸素分圧/低水蒸気分圧雰囲気にてAlNの酸化処理を行うことにより、AlNとの密着性に優れた緻密なAl 層125を形成しているので、AlNからなるセラミックス基板121とAl 層125との間での剥離の発生を防止することが可能となる。 Further, in the present embodiment, by performing the oxidation treatment of AlN at high oxygen partial pressure / low water vapor partial pressure atmosphere, so to form a dense the Al 2 O 3 layer 125 having excellent adhesion to the AlN , it is possible to prevent the occurrence of delamination between the ceramic substrate 121 and the Al 2 O 3 layer 125 made of AlN.

次に、本発明の第3の実施形態について、図16から図18を参照して説明する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 to 18.
図16に示すパワーモジュール201は、ヒートシンク付パワーモジュール用基板210と、このヒートシンク付パワーモジュール用基板210の搭載面222A上にはんだ層2を介して接合された半導体チップ3(電子部品)と、を備えている。 Power module 201 shown in FIG. 16, a substrate 210 for a power module with a heat sink, a semiconductor chip 3 which is bonded via a solder layer 2 on the mounting surface 222A of the heat sink with a power module substrate 210 (electronic component), It is equipped with a. ここで、はんだ層2は、例えばSn−Ag系、Sn−In系、若しくはSn−Ag−Cu系のはんだ材とされている。 Here, the solder layer 2 is, for example, Sn-Ag system, there is a Sn-In system, or Sn-Ag-Cu based solder material. なお、本実施形態では、搭載面222Aとはんだ層2との間にNiメッキ層(図示なし)が設けられている。 In the present embodiment, Ni-plated layer (not shown) is provided between the mounting surface 222A and the solder layer 2.

ヒートシンク付パワーモジュール用基板210は、セラミックス基板221と、このセラミックス基板221の一方の面(図16において上面)に接合された第一の金属板222と、セラミックス基板221の他方の面(図16において下面)に接合された第二の金属板223とを備えたパワーモジュール用基板220と、ヒートシンク211と、を備えている。 Power module substrate 210 with a heat sink, the ceramic substrate 221, a first metal plate 222 joined to one surface of the ceramic substrate 221 (upper surface in FIG. 16), the other surface (figure ceramic substrate 221 16 It includes a power module substrate 220 and a second metal plate 223 joined to the lower surface), the heat sink 211, the at.

セラミックス基板221は、第一の金属板222と第二の金属板223との間の電気的接続を防止するものであって、絶縁性の高いSi (窒化ケイ素)で構成されている。 Ceramic substrate 221 is for preventing the first metal plate 222 an electrical connection between the second metal plate 223, and a high insulating property Si 3 N 4 (silicon nitride) . また、セラミックス基板221の厚さは、0.2〜1.5mmの範囲内に設定されており、本実施形態では、0.32mmに設定されている。 Further, the thickness of the ceramic substrate 221 is set in the range of 0.2 to 1.5 mm, in the present embodiment is set to 0.32 mm.

第一の金属板222は、銅又は銅合金で構成されており、本実施形態では、タフピッチ銅の圧延板とされている。 First metal plate 222 is made of copper or a copper alloy, in the present embodiment is a rolled plate of tough pitch copper. また、その板厚は0.1〜1.0mmの範囲内に設定されており、本実施形態では、0.6mmに設定されている。 Also, its thickness is set within a range of 0.1 to 1.0 mm, in the present embodiment is set to 0.6 mm.
この第一の金属板222には、回路パターンが形成されており、その一方の面(図16において上面)が、半導体チップ3が搭載される搭載面222Aとされている。 This first metal plate 222 is formed with a circuit pattern, one surface (upper surface in FIG. 16), the semiconductor chip 3 is the mounting surface 222A to be mounted.

第二の金属板223は、耐力が30N/mm 以下のアルミニウムで構成されており、本実施形態では純度99.99%以上の純アルミニウム(いわゆる4Nアルミ)で構成されている。 The second metal plate 223, proof stress is constituted by 30 N / mm 2 or less of aluminum, in the present embodiment is composed of a purity of 99.99% or higher pure aluminum (so-called 4N aluminum). また、その板厚は0.6〜6mmの範囲内に設定されており、本実施形態では、2.0mmに設定されている。 Also, its thickness is set within a range of 0.6~6Mm, in the present embodiment is set to 2.0 mm.

ヒートシンク211は、前述のパワーモジュール用基板220を冷却するためのものである。 The heat sink 211 is for cooling the power module substrate 220 of the above. 本実施形態におけるヒートシンク211は、パワーモジュール用基板220と接合される天板部212と、冷却媒体(例えば冷却水)を流通するための流路214と、を備えている。 The heat sink 211 in this embodiment includes a top plate 212 which is bonded to the power module substrate 220 includes a channel 214 for circulating a cooling medium (eg cooling water), and.
ここで、ヒートシンク211(天板部212)は、熱伝導性が良好な材質で構成されることが望ましく、かつ、構造材としての剛性を確保する必要がある。 Here, the heat sink 211 (top plate 212) is desirably thermally conductive is constituted by a good material, and it is necessary to ensure the rigidity of the structural member. そこで、本実施形態においては、ヒートシンク211の天板部212は、A6063(アルミニウム合金)で構成されている。 Therefore, in this embodiment, the top plate portion 212 of the heat sink 211 is composed of A6063 (aluminum alloy).

そして、図17に示すように、セラミックス基板221と第二の金属板223との接合界面230においては、Si,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素が固溶しており、本実施形態では、添加元素としてCuが固溶している。 Then, as shown in FIG. 17, the ceramic substrate 221 and in the joint interface 230 between the second metal plate 223, Si, Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, one of Li 1 and a solid solution species or two or more additive elements, in the present embodiment, Cu is dissolved as an additive element.
ここで、第二の金属板223の接合界面230近傍には、接合界面230から積層方向に離間するにしたがい漸次添加元素の濃度(本実施形態ではCu濃度)が低下する濃度傾斜層231が形成されている。 Here, in the vicinity joint interface 230 of the second metal plate 223, the concentration gradient layer 231 is reduced (Cu concentration in the present embodiment) gradual concentration of the additive element in accordance spaced stacking direction from the bonding interface 230 formed It is. また、この濃度傾斜層231の接合界面230側(第二の金属板223の接合界面230近傍)の添加元素の濃度(本実施形態ではCu濃度)が、0.01質量%以上5質量%以下の範囲内に設定されている。 Further, the joint interface 230 side of the concentration gradient layer 231 concentration (Cu concentration in the present embodiment) of the additional element (the joint interface 230 near the second metal plate 223) is 5 wt% or less than 0.01 wt% It is set in the range of.
なお、第二の金属板223の接合界面230近傍の添加元素の濃度は、EPMA分析(スポット径30μm)によって、接合界面230から50μmの位置で5点測定した平均値である。 The concentration of the joint interface 230 near the additional element of the second metal plate 223, by EPMA analysis (spot size 30 [mu] m), an average value measured five points at a position 50μm from the bonding interface 230. また、図17のグラフは、第二の金属板223の中央部分において積層方向にライン分析を行い、前述の50μm位置での濃度を基準として求めたものである。 Further, the graph of FIG. 17 performs line analysis in the lamination direction in the central portion of the second metal plate 223, in which determined based on the concentration at 50μm position described above.

また、図18に示すように、第二の金属板223とヒートシンク211の天板部212との接合界面240においては、第二の金属板223及び天板部212に、Si,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素が固溶しており、本実施形態では、添加元素としてCuが固溶している。 Further, as shown in FIG. 18, in the joint interface 240 between the top plate portion 212 of the second metal plate 223 and the heat sink 211, the second metal plate 223 and the top plate portion 212, Si, Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, and solid solution either one or two or more additive elements of Li, in this embodiment, Cu is dissolved as an additive element.
ここで、第二の金属板223及び天板部212の接合界面240近傍には、接合界面240から積層方向に離間するにしたがい漸次添加元素の濃度(本実施形態ではCu濃度)が低下する濃度傾斜層241、242が形成されている。 Here, in the vicinity bonding interface 240 of the second metal plate 223 and the top plate portion 212, the concentration of the gradual addition element according spaced stacking direction from the bonding interface 240 (Cu concentration in the present embodiment) is reduced concentration gradient layer 241, 242 is formed. また、この濃度傾斜層241、242の接合界面240側(第二の金属板223及び天板部212の接合界面240近傍)の添加元素の濃度(本実施形態ではCu濃度)が、0.01質量%以上5質量%以下の範囲内に設定されている。 Further, the joint interface 240 side of the concentration gradient layer 241, 242 concentration (Cu concentration in the present embodiment) of the additional element (the bonding interface 240 near the second metal plate 223 and the top plate portion 212) is 0.01 It is set to the mass% to 5 mass% in the range.
なお、この第二の金属板223及び天板部212の接合界面240近傍の添加元素の濃度は、EPMA分析(スポット径30μm)によって、接合界面240から50μmの位置で5点測定した平均値である。 The concentration of the additive element at the bonding interface 240 near the second metal plate 223 and the top plate 212 by EPMA analysis (spot size 30 [mu] m), the average value measured five points at a position 50μm from the bonding interface 240 is there. また、図12のグラフは、第二の金属板223及び天板部212の中央部分において積層方向にライン分析を行い、前述の50μm位置での濃度を基準として求めたものである。 Further, the graph of FIG. 12 performs line analysis in the lamination direction in the central portion of the second metal plate 223 and the top plate 212, but was determined based on the concentration at 50μm position described above.

また、セラミックス基板221と第二の金属板223との接合界面230を透過電子顕微鏡において観察した場合には、図19に示すように、接合界面230に添加元素(Cu)が濃縮した添加元素高濃度部232が形成されている。 Further, when the joint interface 230 between the ceramics substrate 221 and the second metal plate 223 was observed in the transmission electron microscope, as shown in FIG. 19, the additional element height added element the joint interface 230 (Cu) are concentrated density portion 232 is formed. この添加元素高濃度部232においては、添加元素の濃度(Cu濃度)が、第二の金属板223中の添加元素の濃度(Si濃度)の2倍以上とされている。 In this additional element high concentration section 232, the concentration of the additive element (Cu concentration) are at least twice the concentration of the additive element in the second metal plate 223 (Si concentration). なお、この添加元素高濃度部232の厚さHは4nm以下とされている。 The thickness H of the added element-rich portion 232 is a 4nm or less.

なお、ここで観察する接合界面230は、図19に示すように、第二の金属板223の格子像の界面側端部とセラミックス基板221の格子像の接合界面230側端部との間の中央を基準面Sとする。 Incidentally, the joint interface 230 that is observed here, as shown in Figure 19, between the second surface side end portion of the lattice image of the metal plate 223 and the joint interface 230 side end portion of the lattice image of the ceramics substrate 221 central to the reference plane S. また、第二の金属板223中の添加元素の濃度(Cu濃度)は、第二の金属板223のうち接合界面230から一定距離(本実施形態では5nm)離れた部分における添加元素の濃度(Cu濃度)である。 The concentration of the additive element in the second metal plate 223 (Cu concentration), the concentration of the additive element in the (5 nm in this embodiment) away portion a certain distance from the joint interface 230 of the second metal plate 223 ( is a Cu concentration).

また、この接合界面230をエネルギー分散型X線分析法(EDS)で分析した際のAl、Si、添加元素(Cu)、O、Nの質量比が、Al:Si:添加元素(Cu):O:N=15〜45質量%:15〜45質量%:1〜30質量%:2〜20質量%:25質量%以下の範囲内に設定されている。 Also, Al upon the analysis of this joint interface 230 with an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), Si, the additive element (Cu), O, the weight ratio of N is, Al: Si: additive element (Cu): O: N = 15 to 45 wt%: 15 to 45 wt%: 30 wt%: 2 to 20 wt%: is set in the range of 25 wt% or less. なお、EDSによる分析を行う際のスポット径は1〜4nmとされており、接合界面230を複数点(例えば、本実施形態では20点)で測定し、その平均値を算出している。 Incidentally, the spot diameter when performing analysis by EDS is a 1 to 4 nm, measured at a plurality of points of the joint interface 230 (e.g., 20 points in the present embodiment), calculates the average value thereof. また、第二の金属板223の結晶粒界とセラミックス基板121との接合界面230は測定対象とせず、第二の金属板223の結晶粒とセラミックス基板221との接合界面230のみを測定対象としている。 Further, the joint interface 230 between the crystalline grain boundary and the ceramics substrate 121 of the second metal plate 223 is not measured, only the joint interface 230 between the crystalline grain and the ceramics substrate 221 of the second metal plate 223 as a measurement target there.
また、エネルギー分散型X線分析法による分析値は、日本電子製の電子顕微鏡JEM−2010Fに搭載したサーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製のエネルギー分散型蛍光X線元素分析装置NORAN System7を用いて加速電圧200kVで行った。 The analysis value by energy dispersive X-ray spectrometry, accelerated using an energy dispersive X-ray fluorescence elemental analyzer NORAN System7 Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. was mounted on JEOL electron microscope JEM-2010F It was carried out in voltage 200kV.

以下に、前述の構成のヒートシンク付パワーモジュール用基板210の製造方法について説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing a heat sink with a power module substrate 210 of the structure described above.

まず、図20及び図21に示すように、銅からなる第一の金属板222と、セラミックス基板221とを接合する(銅板接合工程S201)。 First, as shown in FIGS. 20 and 21, joined to the first metal plate 222 made of copper, and a ceramic substrate 221 (copper plate bonding step S201). ここで、Si からなるセラミックス基板221と第一の金属板222とは、いわゆる活性金属法によって接合されている。 Here, the ceramics substrate 221 composed of Si 3 N 4 and the first metal plate 222 is joined by a so-called active metal method. この活性金属法では、図21に示すように、セラミックス基板221と第一の金属板222との間に、Ag−Cu−Tiからなるろう材225を配設して、セラミックス基板221と第一の金属板222とを接合するものである。 This active metal method, as shown in FIG. 21, between the ceramic substrate 221 and the first metal plate 222, by disposing a brazing material 225 consisting of Ag-Cu-Ti, the ceramic substrate 221 and the first it is to bond the metal plate 222.
なお、本実施形態では、Ag−27.4質量%Cu−2.0質量%Tiからなるろう材225を用いて、10 −3 Paの真空中にて、850℃で10分加熱することによって、セラミックス基板221と第一の金属板222とを接合している。 In the present embodiment, by using a brazing material 225 consisting of Ag-27.4 wt% Cu-2.0 wt% Ti, at of 10 -3 Pa vacuum, by heating 10 minutes at 850 ° C. , ceramic substrate 221 to be bonded to the first metal plate 222.

次に、セラミックス基板221の他方の面側に第二の金属板223を接合する(アルミニウム板接合工程S202)とともに、第二の金属板223とヒートシンク211(天板部212)とを接合する(ヒートシンク接合工程S203)。 Next, joining the second metal plate 223 on the other surface of the ceramic substrate 221 with (aluminum plate bonding step S202), and bonded to the second metal plate 223 and the heat sink 211 (top plate 212) ( The heat sink bonding step S203). 本実施形態では、これらアルミニウム板接合工程S202と、ヒートシンク接合工程S203と、を同時に実施することになる。 In the present embodiment, these aluminum plate bonding step S202, the sink bonding step S203, will be carried out simultaneously.

第二の金属板223のセラミックス基板221との接合面にスパッタリングによって添加元素(Cu)を固着して第1固着層251を形成するとともに、第二の金属板223のヒートシンク211の天板部212との接合面にスパッタリングによって添加元素(Cu)を固着して第2固着層252を形成する(固着層形成工程S211)。 To form a second first pinned layer 251 by fixing additive element (Cu) by sputtering on the bonding surface of the ceramic substrate 221 of the metal plate 223, top plate 212 of the heat sink 211 of the second metal plate 223 forming a second pinned layer 252 fixed additive element (Cu) by sputtering at the interface between the (fixed layer forming step S211). ここで、第1固着層251及び第2固着層252における添加元素量は0.01mg/cm 以上10mg/cm 以下の範囲内とされており、本実施形態では、添加元素としてCuを用いており、第1固着層251及び第2固着層252におけるCu量が0.08mg/cm 以上2.7mg/cm 以下に設定されている。 Here, the amount of additive element in the first pinned layer 251 and the second pinned layer 252 is a 0.01 mg / cm 2 or more 10 mg / cm 2 within the range, in this embodiment, Cu is used as the additive element and which, Cu amount in the first pinned layer 251 and the second pinned layer 252 is set to 0.08 mg / cm 2 or more 2.7 mg / cm 2 or less.

次に、図21に示すように、第二の金属板223をセラミックス基板221の他方の面側に積層する。 Next, as shown in FIG. 21, laminating the second metal plate 223 on the other surface of the ceramic substrate 221. さらに、第二の金属板223の他方の面側にヒートシンク211の天板部212を積層する(積層工程S212)。 Additionally, laminating the top plate portion 212 of the heat sink 211 on the other side of the second metal plate 223 (laminating step S212).

そして、第一の金属板222及びセラミックス基板221、第二の金属板223、天板部212をその積層方向に加圧(圧力1〜35kgf/cm )した状態で真空加熱炉内に装入して加熱する(加熱工程S213)。 The first metal plate 222 and the ceramic substrate 221, charged to the second metal plate 223, the pressure of the top plate portion 212 in the stacking direction (pressure 1~35kgf / cm 2) was vacuum heating furnace in a state to be heated (heating step S213). ここで、本実施形態では、真空加熱炉内の圧力は10 −3 〜10 −6 Paの範囲内に、加熱温度は550℃以上650℃以下の範囲内に設定している。 In the present embodiment, the pressure in the vacuum heating furnace is in the range of 10 -3 to 10 -6 Pa, the heating temperature is set within a range of 650 ° C. or less 550 ° C. or higher.
すると、第二の金属板223とセラミックス基板221との界面に第1溶融金属領域が形成され、第二の金属板223と天板部212との界面に第2溶融金属領域が形成されることになる。 Then, the first molten metal area is formed at the interface between the second metal plate 223 and the ceramic substrate 221, the second molten metal region at the interface between the second metal plate 223 and the top plate portion 212 is formed become.

次に、冷却を行うことで第1溶融金属領域、第2溶融金属領域を凝固させる(溶融金属凝固工程S214)。 Next, the first molten metal region by performing cooling, solidifying the second molten metal region (molten metal solidifying step S214).

このようにして、第一の金属板222、セラミックス基板221、第二の金属板223、ヒートシンク211(天板部212)とが接合され、本実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板210が製造されることになる。 In this way, the first metal plate 222, the ceramic substrate 221, a second metal plate 223, heat sink 211 and the (top plate 212) is joined, the heat sink with a power module substrate 210 is a present embodiment manufactured It is is will be.

以上のような構成とされた本実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板210によれば、上述の第1、第2の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板と同様の作用効果を奏することになり、第一の金属板222の上に搭載された半導体チップ3等の発熱体からの熱を効率良く促進することができ、かつ、熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板221の割れの発生を抑制し、信頼性の高いヒートシンク付パワーモジュール用基板210を提供することが可能となる。 According to the configuration and heatsink with a power module substrate 210 is a present embodiment as described above, first mentioned above, that the same effects as the substrate for a power module with a heat sink according to a second embodiment to become, the heat from a heating element such as a semiconductor chip 3 mounted on the first metal plate 222 can be efficiently promoted, and suppress the occurrence of cracking of the ceramic substrate 221 during thermal cycling load and, it is possible to provide a highly reliable substrate 210 for a power module with a heat sink.

また、Ag−Cu−Tiのろう材225を用いた活性金属法によって、第一の金属板222とセラミックス基板221とを接合しているので、第一の金属板222及びセラミックス基板221に酸素を介在させることなく、パワーモジュール用基板220を構成することができる。 Furthermore, the active metal method using a brazing material 225 of Ag-Cu-Ti, since by joining a first metal plate 222 and the ceramic substrate 221, the oxygen in the first metal plate 222 and the ceramic substrate 221 without intervention, it is possible to configure the power module substrate 220.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Having described embodiments of the present invention, the present invention is not limited thereto and can be appropriately changed without departing from the technical idea of ​​the invention.
例えば、第二の金属板を、純度99.99%以上の純アルミニウムの圧延板としたものとして説明したが、これに限定されることはなく、耐力が30N/mm 以下のアルミニウムで構成されたものであればよい。 For example, the second metal plate have been described as being a rolled plate having a purity of 99.99% or more of pure aluminum, it is not limited thereto, yield strength is composed of 30 N / mm 2 or less of aluminum as long as it was.

また、第2の実施形態において、AlNを酸化処理することによってAl 層を形成するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の手段によってセラミックス基板の表面にAl 層を形成してもよい。 Further, in the second embodiment has been described as forming the Al 2 O 3 layer by oxidizing the AlN, we are not limited thereto, Al 2 on the surface of the ceramic substrate by other means O 3 layer may be formed.
さらに、第1の実施形態及び第2の実施形態における固着層形成工程において、スパッタによって添加元素を固着するものとして説明したが、これに限定されることはなく、蒸着、CVD、めっき又はペーストの塗布によって添加元素を固着させてもよい。 Further, in the fixed layer forming step in the first embodiment and the second embodiment has been described as being secured to the additional element by sputtering is not limited to this, vapor deposition, CVD, plating or paste additional element by a coating may be affixed to.

また、第二の金属板とセラミックス基板、第二の金属板と天板部、との間に、それぞれ1種の添加元素を配置して接合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、Si,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素を配設してもよい。 The second metal plate and the ceramic substrate, a second metal plate and the top plate, between it has been described as being joined by placing one additive element respectively, which is limited to rather, Si, Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, may be provided either one or two or more additive elements of Li.
さらに、MgやCa等の易酸化元素を用いる場合には、アルミニウムとともに添加元素を配設することが好ましい。 Furthermore, when using an easily oxidized elements such as Mg and Ca, it is preferable to dispose the additional element with aluminum. これにより、MgやCa等の易酸化元素が酸化損耗することを抑制することができる。 This makes it possible to easily oxidizable elements such as Mg and Ca to suppress the oxidation wear.

また、本実施形態では、ヒートシンクの天板部をA6063合金で構成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、A1100合金、A3003合金、A5052合金、A7N01合金等の他の金属材料で構成されたものであってもよい。 Further, in the present embodiment has been described with reference to the top plate portion of the heat sink as being composed of A6063 alloy, is not limited thereto, A1100 alloy, A3003 alloy, A5052 alloy, other metallic materials such as A7N01 alloy in or may be configured.
さらに、ヒートシンクの構造は、本実施形態に限定されることはなく、他の構造のヒートシンクを採用してもよい。 Furthermore, the structure of the heat sink is not limited to the present embodiment may be adopted a heat sink having another structure.

また、本実施形態では、ヒートシンクの上に一つのパワーモジュール用基板が接合された構成として説明したが、これに限定されることはなく、一つのヒートシンクの上に複数のパワーモジュール用基板が接合されていてもよい。 Further, in the present embodiment has been described as a configuration in which a substrate for a power module is bonded onto the heat sink is not limited to this, one of a plurality of the power module substrate is joined onto the heat sink it may be.

さらに、図22に示すように、第二の金属板323を、複数の金属板323A、323Bを積層した構造としてもよい。 Furthermore, as shown in FIG. 22, the second metal plate 323, a plurality of metal plates 323A, may have a structure obtained by laminating 323B. この場合、第二の金属板323のうち一方側(図22において上側)に位置する金属板323Aがセラミックス基板321に接合され、他方側(図22において下側)に位置する金属板323Bがヒートシンク311の天板部312に接合されることになる。 In this case, the metal plate 323A positioned on one side of the second metal plate 323 (upper side in FIG. 22) is bonded to the ceramic substrate 321, a metal plate 323B positioned on the other side (lower side in FIG. 22) is a heat sink It will be bonded to the top plate 312 of the 311. なお、図22では、2枚の金属板323A、323Bを積層させたものとしているが、積層する枚数に制限はない。 In FIG. 22, two metal plates 323A, although it is assumed that a laminate of 323B, is not limited to the number of sheets to be stacked. また、図22に示すように、積層する金属板同士の大きさ、形状が異なっていても良いし、同じ大きさ、形状に調整されたものであってもよい。 Further, as shown in FIG. 22, the size of the metal plates are laminated, to shape may be different, the same size, or may be adjusted to shape. さらに、これらの金属板の組成が異なっていても良い。 Furthermore, it may be different composition of these metal plates.

本発明の有効性を確認するために行った比較実験について説明する。 Comparative experiment will be described which was performed to confirm the effectiveness of the present invention.
Al からなる厚さ0.635mmのセラミックス基板と、タフピッチ銅の圧延板からなる厚さ0.6mmの第一の金属板と、アルミニウムからなる厚さ2.0mmの第二の金属板と、を準備した。 A ceramic substrate having a thickness of 0.635mm of Al 2 O 3, a first metal plate having a thickness of 0.6mm made of rolled plate of tough pitch copper, the second metal plate having a thickness of 2.0mm made of aluminum and, we were prepared. ここで、第二の金属板においては、アルミニウムの純度を変更することにより、耐力が10N/mm 、25N/mm 、35N/mm の3種類を準備した。 Here, in the second metal plate, by altering the purity of aluminum, yield strength were prepared three kinds of 10N / mm 2, 25N / mm 2, 35N / mm 2.
また、ヒートシンクとしてアルミニウム板を準備した。 It was also prepared an aluminum plate as a heat sink. ここで、ヒートシンクとなるアルミニウム板として、耐力が145N/mm で厚さ5.0mm(A6063合金)、耐力が110N/mm で厚さ3.0mm(A3003合金)、耐力が95N/mm で厚さ5.0mm(Al−Si合金)、耐力が145N/mm で厚さ1.0mm(A6063合金)の4種類を準備した。 Here, as the aluminum plate with a heat sink, yield strength thickness 5.0mm at 145N / mm 2 (A6063 alloy), yield strength thickness 3.0 mm (A3003 alloy) at 110N / mm 2, yield strength is 95N / mm 2 in thickness 5.0 mm (Al-Si alloy), yield strength were prepared four kinds of thickness 1.0 mm (A6063 alloy) at 145N / mm 2.

これらのセラミックス基板、第一の金属板、第二の金属板、ヒートシンクを、第1の実施形態に記載された方法により接合し、表1に示すように、6種類のヒートシンク付パワーモジュール用基板を製造した。 These ceramic substrate, a first metal plate, a second metal plate, a heat sink, is joined by the method described in the first embodiment, as shown in Table 1, six types of substrate for a power module with a heat sink It was prepared. なお、固着層形成工程S11におけるCu量は0.9mg/cm とした。 Incidentally, Cu amount in the fixed layer forming step S11, was 0.9 mg / cm 2. また、加熱工程S13における加圧圧力を5kgf/cm 、加熱温度を610℃、真空加熱炉内の圧力を10 −4 Paとした。 In addition, 5 kgf / cm 2 applied pressure in the heating step S13, 610 ° C. The heating temperature, the pressure in the vacuum heating furnace and 10 -4 Pa.

そして、これらのヒートシンク付パワーモジュール用基板に、冷熱サイクル(−45℃−125℃)を2000回繰り返し、セラミックス基板の割れの有無について確認した。 And, in these power module substrate with a heat sink, repeated 2000 times the thermal cycle (-45 ℃ -125 ℃), were checked for the presence or absence of cracks in the ceramic substrate. また、ヒートシンクの変形についても確認した。 In addition, it was confirmed also for the deformation of the heat sink. 評価結果を表1に示す。 The evaluation results are shown in Table 1.

第二の金属板の耐力を35N/mm とした比較例1においては、セラミックス基板に割れが確認された。 In Comparative Example 1 in which the yield strength of the second metal plate and 35N / mm 2, a crack in the ceramic substrate was confirmed. ヒートンシンクとセラミックス基板との熱膨張係数の差に起因する熱歪みを、第二の金属板で十分緩和することができなかったためと推測される。 Thermal distortion caused by a difference in thermal expansion coefficient between Heaton sink and the ceramic substrate is presumed that it was not possible to sufficiently alleviate the second metal plate.
また、ヒートシンクを構成するアルミニウム板を耐力が95N/mm で厚さ5.0mm(Al−Si合金)とした比較例2、耐力が145N/mm で厚さ1.0mm(A6063合金)とした比較例3においては、ヒートシンクの強度が不十分であってヒートシンクに変形が生じた。 In Comparative Example 2 in which the aluminum plate yield strength and a thickness of 5.0 mm (Al-Si alloy) with 95N / mm 2 constituting the heat sink, the thickness of 1.0 mm (A6063 alloy) yield strength at 145N / mm 2 and in Comparative example 3 were deformed to sink occurs strength of the heat sink is insufficient.

これに対して、耐力が30N/mm 以下のアルミニウムからなる第二の金属板と、耐力が100N/mm 以上で厚さが2mm以上とされたヒートシンクと、を備えた実施例1−3においては、セラミックス基板に割れは確認されなかった。 In contrast, a second metal plate yield strength of from 30 N / mm 2 or less of aluminum, Example yield strength with a heat sink thickness at 100 N / mm 2 or more is equal to or greater than 2 mm, 1-3 in the cracking in the ceramic substrate it was not confirmed. また、ヒートシンクの変形も認められなかった。 In addition, the deformation of the heat sink was not observed.

1、101、201、301 パワーモジュール3 半導体チップ(電子部品) 1,101,201,301 power module 3 semiconductor chip (electronic component)
10、110、210、310 ヒートシンク付パワーモジュール用基板11、111、211、311 ヒートシンク12、112、212、312 天板部20、120、220、320 パワーモジュール用基板21、121、221、321 セラミックス基板22、122、222、322 第一の金属板22A、122A、222A、322A 搭載面23、123、223、323 第二の金属板30、130、230 接合界面(セラミックス基板/第二の金属板) 10, 110, 210, 310 substrate for a power module with a heat sink 11,111,211,311 sink 12,112,212,312 top plate portion 20, 120, 220 and 320 the power module substrate 21,121,221,321 Ceramics substrate 22,122,222,322 first metal plate 22A, 122A, 222A, 322A mounting surface 23,123,223,323 second metal plate 30, 130, 230 junction interface (ceramic substrate / second metal plate )
32、132、232 添加元素高濃度部40、140、240 接合界面(第二の金属板/天板部) 32, 132, 232 added element-rich portion 40, 140, 240 junction interface (second metal plate / top plate)
55 第1溶融金属領域(溶融金属領域) 55 first molten metal region (molten metal region)
56 第2溶融金属領域(溶融金属領域) 56 second molten metal region (molten metal region)
125 Al 125 Al 2 O 3 layer

Claims (15)

  1. セラミックス基板と、該セラミックス基板の一方の面に接合された第一の金属板と、前記セラミックス基板の他方の面に接合された第二の金属板と、該第二の金属板の他方の面側に接合されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付パワーモジュール用基板であって、 A ceramic substrate, a first metal plate bonded to one surface of the ceramic substrate, and a second metal plate bonded to the other surface of the ceramic substrate, the other surface of said second metal plate and a heat sink joined to the side, a substrate for a power module with a heat sink having a
    前記第一の金属板は、銅又は銅合金で構成され、この第一の金属板の一方の面が電子部品が搭載される搭載面とされており、 Said first metal plate is made of copper or a copper alloy, one surface of the first metal plate are the mounting surface on which the electronic components are mounted,
    前記第二の金属板は、耐力が30N/mm 以下のアルミニウムで構成されており、 Said second metal plate, strength is constituted by 30 N / mm 2 or less of aluminum,
    前記ヒートシンクは、耐力が100N/mm 以上の金属材料で構成され、その厚さが2mm以上とされていることを特徴とするヒートシンク付パワーモジュール用基板。 The heat sink, yield strength is composed of 100 N / mm 2 or more metallic materials, substrate for a power module with a heat sink to its thickness, characterized in that there is a higher 2 mm.
  2. 前記第二の金属板のうち前記セラミックス基板との接合界面又は前記ヒートシンクとの接合界面の少なくともいずれか一方には、Si,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素が固溶しており、前記第二の金属板のうち接合界面近傍における前記添加元素の濃度の合計が0.01質量%以上5質量%以下の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項1に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板。 The second of the at least one of the bonding interface between the bonding interface or the heat sink and the ceramic substrate is a metal plate, Si, Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, of Li either have one or more additive elements in solid solution, the second range a total of 5 wt% or less than 0.01 mass% of the concentration of the additive element in the bonding interface area of ​​the metal plate substrate for a power module with a heat sink according to claim 1, characterized in that it is set within.
  3. 前記第二の金属板のうち前記セラミックス基板との接合界面には、Si,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素の濃度が、前記第二の金属板中の前記添加元素の濃度の2倍以上とされた添加元素高濃度部が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板。 Wherein the joint interface between the ceramics substrate of the second metal plate, Si, Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, any one or two or more additive elements of Li concentration, with a heat sink according to claim 1 or claim 2, characterized in that the added element-rich portion which is at least twice the concentration of the additive element of the second metal plate in is formed the power module substrate.
  4. 前記第二の金属板のうち前記セラミックス基板との接合界面に、前記添加元素高濃度部が形成されており、 A joint interface between the ceramics substrate of the second metal plate, said additional element high-concentration portion is formed,
    前記セラミックス基板がAl で構成され、前記セラミックス基板との接合界面に形成された前記添加元素高濃度部を含む前記接合界面をエネルギー分散型X線分析法で分析したAl、添加元素、Oの質量比が、Al:添加元素:O=50〜90質量%:1〜30質量%:45質量%以下とされていることを特徴とする請求項3に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板。 The ceramic substrate is composed of Al 2 O 3, Al the joint interface including the added element-rich portion formed on the joint interface was analyzed by energy dispersive X-ray analysis of the ceramic substrate, additive element, O weight ratios of, Al: additive element: O = 50 to 90 wt%: 30 wt%: a substrate for a power module with a heat sink according to claim 3, characterized in that there is a 45% by mass .
  5. 前記第二の金属板のうち前記セラミックス基板との接合界面に、前記添加元素高濃度部が形成されており、 A joint interface between the ceramics substrate of the second metal plate, said additional element high-concentration portion is formed,
    前記セラミックス基板がAlNで構成され、前記セラミックス基板との接合界面に形成された前記添加元素高濃度部を含む前記接合界面をエネルギー分散型X線分析法で分析したAl、添加元素、O、Nの質量比が、Al:添加元素:O:N=50〜90質量%:1〜30質量%:1〜10質量%:25質量%以下とされていることを特徴とする請求項3に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板。 The ceramic substrate is composed of AlN, Al was analyzed with an energy dispersive X-ray analysis the joint interface including the added element-rich portion formed on the joint interface between the ceramics substrate, the additional element, O, N the mass ratio, Al: additive element: O: N = 50 to 90 wt%: 30 wt%: 1 to 10 mass%: claim 3, characterized in that there is a 25% by mass power module substrate with a heat sink.
  6. 前記第二の金属板のうち前記セラミックス基板との接合界面に、前記添加元素高濃度部が形成されており、 A joint interface between the ceramics substrate of the second metal plate, said additional element high-concentration portion is formed,
    前記セラミックス基板がSi で構成され、前記添加元素がCu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上とされており、 The ceramic substrate is composed of Si 3 N 4, wherein the additional element is Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, are either one or two or more of Li,
    前記セラミックス基板との接合界面に形成された前記添加元素高濃度部を含む前記接合界面をエネルギー分散型X線分析法で分析したAl、Si、添加元素、O、Nの質量比が、Al:Si:添加元素:O:N=15〜45質量%:15〜45質量%:1〜30質量%:2〜20質量%:25質量%以下とされていることを特徴とする請求項3に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板。 Al of analyzing the joint interface including the added element-rich portion formed on the joint interface between the ceramics substrate by energy dispersive X-ray analysis, Si, additive element, O, the weight ratio of N is, Al: Si: additive element: O: N = 15 to 45 wt%: 15 to 45 wt%: 30 wt%: 2 to 20 wt%: to claim 3, characterized in that there is a 25% by mass board for a power module with a heat sink described.
  7. 前記セラミックス基板がAlNからなり、前記セラミックス基板のうち少なくとも一方の面には、Al 層が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板。 The ceramic substrate is made of AlN, on at least one surface of said ceramic substrate from claim 1, characterized in that the Al 2 O 3 layer is formed of any one of claims 3 board for a power module with a heat sink.
  8. 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板と、前記第一の金属板上に搭載された電子部品と、を備えたことを特徴とするパワーモジュール。 Power module comprising: the substrate for a power module with a heat sink according, to, an electronic component mounted on the first metal plate on to any one of claims 1 to 7.
  9. セラミックス基板と、該セラミックス基板の一方の面に接合された第一の金属板と、前記セラミックス基板の他方の面に接合された第二の金属板と、該第二の金属板の他方の面側に接合されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法であって、 A ceramic substrate, a first metal plate bonded to one surface of the ceramic substrate, and a second metal plate bonded to the other surface of the ceramic substrate, the other surface of said second metal plate and a heat sink joined to the side, a method of manufacturing a substrate for a power module with a heat sink having a
    前記第一の金属板は、銅又は銅合金で構成され、前記第二の金属板は、耐力が30N/mm 以下のアルミニウムで構成され、前記ヒートシンクは、耐力が100N/mm 以上の金属材料で構成されており、 Said first metal plate is made of copper or a copper alloy, the second metal plate, strength is composed of 30 N / mm 2 or less of aluminum, the heat sink, proof stress 100 N / mm 2 or more metals It is composed of a material,
    前記第一の金属板と前記セラミックス基板とを接合する銅板接合工程と、前記第二の金属板と前記セラミックス基板とを接合するアルミニウム板接合工程と、前記第二の金属板と前記ヒートシンクとを接合するヒートシンク接合工程と、を備えており、 And the copper plate bonding step of bonding the ceramic substrate and the first metal plate, and the aluminum plate bonding step of bonding the ceramic substrate and the second metal plate, and the said second metal plate heatsink equipped with a heat sink bonding step of bonding,
    前記アルミニウム板接合工程又は前記ヒートシンク接合工程のうち少なくともいずれか一方においては、前記第二の金属板の接合界面にSi,Cu,Ag,Zn,Mg,Ge,Ca,Ga,Liのうちのいずれか1種又は2種以上の添加元素を配置し、前記第二の金属板を接合することを特徴とするヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。 In at least one of the aluminum plate bonding step or the heat sink bonding step are all the Si in the bonding interface of the second metal plate, Cu, Ag, Zn, Mg, Ge, Ca, Ga, of Li one or two or more kinds of additive elements are arranged, the manufacturing method of the second substrate for a power module with a heat sink, which comprises bonding a metal plate or.
  10. 前記アルミニウム板接合工程又は前記ヒートシンク接合工程のうち少なくともいずれか一方においては、前記添加元素が前記第二の金属板側に向けて拡散することにより、接合界面に溶融金属領域を形成し、この溶融金属領域を凝固させることによって接合することを特徴とする請求項9に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。 Wherein in at least one of the aluminum plate bonding step or the heat sink bonding step, by the addition elements diffuse toward the second metal plate side, to form a molten metal region on the bonding interface, the molten method for manufacturing a power module substrate with a heat sink according to claim 9, characterized in that joining by solidifying the metal region.
  11. 前記第二の金属板の接合界面に配置される前記添加元素量が、0.01mg/cm 以上10mg/cm 以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。 Wherein the amount of additive element disposed at the bonding interface of the second metal plate, according to claim 9 or claim 10, characterized in that there is a 0.01 mg / cm 2 or more 10 mg / cm 2 within the range method for manufacturing a power module substrate with a heat sink according to.
  12. 前記銅板接合工程の前に、前記セラミックス基板の少なくとも一方の面にAl 層を形成するアルミナ層形成工程を行うことを特徴とする請求項9から請求項11のいずれか一項に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。 Before the copper plate bonding step, according to any one of claims 11 claim 9, characterized in that the alumina layer forming step of forming an Al 2 O 3 layer on at least one surface of the ceramic substrate the method of manufacturing a power module substrate with a heat sink.
  13. 前記アルミニウム板接合工程と前記ヒートシンク接合工程とを同時に行うことを特徴とする請求項9から請求項12のいずれか一項に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。 Method for manufacturing a power module substrate with a heat sink according to claims 9 to claims 12, wherein the performing and the aluminum plate bonding step and the heat sink bonding step at the same time.
  14. 前記第二の金属板の接合界面に、前記添加元素とともにアルミニウムを配置することを特徴とする請求項9から請求項13のいずれか一項に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。 Wherein the bonding interface of the second metal plate, the manufacturing method of the heat sink with the power module substrate according to any one of claims 13 claim 9, wherein the placement of aluminum together with the additive element.
  15. 蒸着、CVD、スパッタリング、めっき又はペーストの塗布のいずれかから選択される手段により、前記第二の金属板の接合界面に前記添加元素を配置することを特徴とする請求項9から請求項14のいずれか一項に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。 Deposition, CVD, sputtering, by a means selected from any of the coating of plating or paste, claim 9, wherein placing the additive element on the bonding interface between the second metal plate of claim 14 method for manufacturing a power module substrate with a heat sink according to any one.
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