JP2012099546A - Substrate for power module - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To allow etching masks for both metal layers having different thickness to be designed by the same criteria, facilitate the manufacturing, and improve the etching processing accuracy.SOLUTION: A substrate for a power module includes: a ceramic substrate 2; a first metal layer 7 made up of aluminum laminated on one surface of the ceramic substrate 2; and a second metal layer 8 made up of aluminum laminated on the other surface of the ceramic substrate 2. The substrate is formed so that the thickness of the second metal layer 8 is greater than that of the first metal layer 7, and the content of Fe and Si in the second metal layer 8 is greater than that in the first metal layer 7.

Description

本発明は、大電流、高電圧を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュール用基板に関する。   The present invention relates to a power module substrate used in a semiconductor device that controls a large current and a high voltage.

従来のパワーモジュールとして、例えば特許文献１に示されように、セラミックス基板の一方の面に、回路層となるアルミニウム金属層を積層し、この回路層の上に半導体チップ等の電子部品がはんだ付けされ、一方、セラミックス基板の他方の面に放熱層となるアルミニウム金属層が形成され、この金属層にヒートシンクが接合された構成のものが知られている。
このようなセラミックス基板に回路層又は放熱層となるアルミニウム金属層を積層状態に形成する方法として、セラミックス基板に、Ａｌ−Ｓｉ系又はＡｌ−Ｇｅ系のろう材を介在させてアルミニウム金属層を重ね合わせ、その積層体を加圧、加熱することにより、ろう材を溶融させて、セラミックス基板とアルミニウム金属層とを接合するようにしている。
また、一般に、複数個のパワーモジュール用基板を製作できる大きさのセラミックス平板に、アルミニウムの金属板をろう付けにより接合した後、個々のパワーモジュール用基板とするために、金属板をエッチングにより所望の外形の複数の金属層に加工し、その後、その金属層を含む個々のセラミックス基板に分割することにより、パワーモジュール用基板が形成される。 As a conventional power module, for example, as disclosed in Patent Document 1, an aluminum metal layer serving as a circuit layer is laminated on one surface of a ceramic substrate, and an electronic component such as a semiconductor chip is soldered on the circuit layer. On the other hand, an aluminum metal layer serving as a heat dissipation layer is formed on the other surface of the ceramic substrate, and a heat sink is joined to this metal layer.
As a method for forming an aluminum metal layer to be a circuit layer or a heat dissipation layer on such a ceramic substrate, an aluminum metal layer is laminated on the ceramic substrate with an Al-Si or Al-Ge brazing material interposed. In addition, the laminated body is pressurized and heated to melt the brazing material and join the ceramic substrate and the aluminum metal layer.
Also, in general, after joining an aluminum metal plate by brazing to a ceramic plate having a size capable of producing a plurality of power module substrates, the metal plate is etched by etching to form individual power module substrates. The power module substrate is formed by processing into a plurality of metal layers of the outer shape and then dividing into individual ceramic substrates including the metal layers.

ところで、回路層及び放熱層とも同じ厚さの金属層で形成されるのが一般的であったが、高熱膨張係数のヒートシンクとの間の熱伸縮差を緩和する緩衝機能を放熱層自身に持たせるために、放熱層を厚肉に形成することが検討されている。その結果、回路層と放熱層との厚さに差が生じることから、金属層の外形をエッチングにより加工する場合に、厚肉の放熱層のエッチング時間に合わせると、薄肉の回路層側のエッチング時間が長くなり過ぎることから、回路層においては、エッチング量が多くなって所望の外形より小さくなってしまうという問題がある。逆に、薄肉の回路層のエッチング時間に全体を合わせると、厚肉の放熱層側のエッチング時間が短か過ぎて加工しきれない、という問題となる。   By the way, the circuit layer and the heat dissipation layer are generally formed of a metal layer having the same thickness. However, the heat dissipation layer itself has a buffer function to alleviate the thermal expansion / contraction difference with the heat sink having a high thermal expansion coefficient. Therefore, it has been studied to form the heat dissipation layer thick. As a result, there is a difference in the thickness between the circuit layer and the heat dissipation layer. Therefore, when the outer shape of the metal layer is processed by etching, the etching on the side of the thin circuit layer is performed according to the etching time of the thick heat dissipation layer. Since the time becomes too long, the circuit layer has a problem that the etching amount increases and becomes smaller than the desired outer shape. On the other hand, if the entire etching time is adjusted to the thin circuit layer, the etching time on the thick heat radiation layer side is too short to be processed.

このエッチング加工は、金属層を覆うエッチングマスクの隙間からエッチング液が浸入して金属層を腐食する加工であるが、図３に模式的に示したように、エッチング液による腐食作用は、金属層Ｍの厚さ方向だけでなく、エッチングマスクＥの裏側に回り込んで面方向にも生じるので、エッチングマスクＥの隙間Ｇの設計においては、このエッチング液の面方向の腐食によるエッチング部分（以下、エッチングしろＳと称す）も見込んで隙間寸法を決めておく必要がある。
セラミックス基板の表裏で異なる厚さの金属層を用いる場合、厚肉の金属層のエッチング時間に合わせると薄肉の金属層のエッチングしろＳが大きくなるので、その分、薄肉の金属層用のエッチングマスクの隙間をその厚さに対応する通常の設計値よりも小さく設定しておくことにより、薄肉の金属層が所望の外形に仕上げられるのとほぼ同じタイミングで、厚肉の金属層のエッチング加工を終了させることができるはずである。 This etching process is a process in which the etchant enters the gap between the etching masks covering the metal layer and corrodes the metal layer. As schematically shown in FIG. Since not only in the thickness direction of M but also in the surface direction around the back side of the etching mask E, in the design of the gap G of the etching mask E, an etching portion (hereinafter referred to as “etching portion” due to corrosion in the surface direction of the etching solution). It is necessary to determine the gap size in consideration of the etching margin S).
When using metal layers with different thicknesses on the front and back sides of the ceramic substrate, the etching margin S for the thin metal layer increases when the etching time for the thick metal layer is adjusted. By setting the gap of the metal to be smaller than the normal design value corresponding to the thickness, the thick metal layer is etched at almost the same timing as the thin metal layer is finished to the desired shape. Should be able to be terminated.

しかしながら、エッチングマスクの設計が難しくなるとともに、エッチングマスクの隙間を小さくするには限界があり、例えば０．３ｍｍ未満の隙間では、エッチング加工時に金属層のアルミニウムがエッチングマスクの裏面から抜け出せず、精度良くエッチング加工できないという問題が生じる。   However, the design of the etching mask becomes difficult and there is a limit to reducing the gap of the etching mask. For example, when the gap is less than 0.3 mm, the aluminum of the metal layer does not escape from the back surface of the etching mask during the etching process. There arises a problem that etching cannot be performed well.

特開２００８−３１１２９６JP2008-311296

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、厚さの異なる両金属層に対するエッチングマスクを同様の基準で設計することができ、製造が容易であるとともに、エッチング加工精度を高めることができるパワーモジュール用基板を提供する。   The present invention has been made in view of such circumstances, and etching masks for both metal layers having different thicknesses can be designed based on the same standard, which is easy to manufacture and has high etching processing accuracy. Provided is a power module substrate that can be enhanced.

本発明のパワーモジュール用基板は、セラミックス基板と、前記セラミックス基板の一方の面に積層されたアルミニウムからなる第１金属層と、前記セラミックス基板の他方の面に積層されたアルミニウムからなる第２金属層とを備え、前記第１金属層の厚さよりも前記第２金属層の厚さの方が大きく形成されるとともに、前記第２金属層は、前記第１金属層よりもＦｅ及びＳｉの含有量が多いことを特徴とする。   The power module substrate of the present invention includes a ceramic substrate, a first metal layer made of aluminum laminated on one surface of the ceramic substrate, and a second metal made of aluminum laminated on the other surface of the ceramic substrate. And the second metal layer has a thickness greater than that of the first metal layer, and the second metal layer contains Fe and Si more than the first metal layer. It is characterized by a large amount.

第１金属層よりも厚さが大きい第２金属層をエッチングするのに要する時間は、両金属層とも同じエッチングレートであるとすると、厚さが大きい分、時間がかかることになるが、両金属層のアルミニウムに含有されるＦｅ及びＳｉは、エッチングによる腐食を促進させる効果があり、その含有量が異なることから、これらの含有量に応じたエッチングレートでエッチングされる。この場合、厚さの大きい第２金属層の方がＦｅ及びＳｉの含有量が多いので、第１金属層よりもエッチングレートが大きく、その分、厚さが大きくても、その厚さ分をエッチングするのに要する時間は、厚さの小さい第１金属層のエッチング時間とほぼ合わせることが可能になる。したがって、両金属層とも、ほぼ同じタイミングでエッチング加工を終了させることができる。   The time required for etching the second metal layer having a thickness larger than that of the first metal layer is longer if both the metal layers have the same etching rate. Fe and Si contained in the aluminum of the metal layer have an effect of accelerating corrosion due to etching, and since the contents thereof are different, the etching is performed at an etching rate corresponding to these contents. In this case, the second metal layer having a large thickness has a larger content of Fe and Si, so the etching rate is larger than that of the first metal layer. The time required for etching can be substantially matched with the etching time of the first metal layer having a small thickness. Therefore, the etching process can be finished at substantially the same timing for both metal layers.

本発明のパワーモジュール用基板において、前記第１金属層は、厚さが０．２ｍｍ〜０．６ｍｍで、Ｆｅの含有量が０．１５質量％以下、Ｓｉの含有量が０．１５質量％以下であり、第２金属層は、厚さが０．３ｍｍ〜０．９ｍｍで、Ｆｅ及びＳｉの合計で０．４５質量％〜０．９５質量％含有しているとよい。
ろう付け前の組成で前記第１金属層として、アルミニウム純度が９９．８０％以上のアルミニウム、第２金属層として、アルミニウム純度が９９．０〜９９．５％のアルミニウムを用いるとよい。
エッチング液としては、塩化第二鉄を主成分とするものであることが好ましい。 In the power module substrate of the present invention, the first metal layer has a thickness of 0.2 mm to 0.6 mm, an Fe content of 0.15 mass% or less, and an Si content of 0.15 mass%. The second metal layer may have a thickness of 0.3 mm to 0.9 mm and contain 0.45 mass% to 0.95 mass% in total of Fe and Si.
In the composition before brazing, aluminum having an aluminum purity of 99.80% or more may be used as the first metal layer, and aluminum having an aluminum purity of 99.0 to 99.5% may be used as the second metal layer.
The etchant is preferably one containing ferric chloride as a main component.

本発明によれば、厚さの大きい第２金属層の方がＦｅ及びＳｉの含有量が多いので、第１金属層よりもエッチングレートが大きくなり、その結果、両金属層とも、ほぼ同じタイミングでエッチング加工を終了させることができる。したがって、両金属層に対するエッチングマスクを同様の基準で設計することができ、エッチング加工の管理等、製造が容易になるとともに、エッチング精度を高めることができる。   According to the present invention, the second metal layer having a large thickness has a higher content of Fe and Si, so that the etching rate is higher than that of the first metal layer. As a result, both metal layers have substantially the same timing. Thus, the etching process can be completed. Therefore, etching masks for both metal layers can be designed based on the same criteria, and manufacturing such as management of etching processing can be facilitated and etching accuracy can be increased.

本発明の実施形態の製造方法が適用されるパワーモジュールの全体構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the whole structure of the power module to which the manufacturing method of embodiment of this invention is applied. 図１に示されるパワーモジュール用基板を製作する際のエッチング加工前の状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state before the etching process at the time of manufacturing the board | substrate for power modules shown by FIG. 金属層のエッチング加工時に生じるエッチングしろを説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the etching margin produced at the time of the etching process of a metal layer.

以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係るパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールを示している。この図１に示されるパワーモジュール１は、セラミックス等からなるセラミックス基板２を有するパワーモジュール用基板３と、パワーモジュール用基板３の表面に搭載された半導体チップ等の電子部品４と、パワーモジュール用基板３の裏面に接合されたヒートシンク５とから構成されている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a power module using a power module substrate according to the present invention. A power module 1 shown in FIG. 1 includes a power module substrate 3 having a ceramic substrate 2 made of ceramics, an electronic component 4 such as a semiconductor chip mounted on the surface of the power module substrate 3, and a power module. The heat sink 5 is bonded to the back surface of the substrate 3.

パワーモジュール用基板３は、セラミックス基板２の表面側に回路層となる第１金属層７がろう付けにより積層されるとともに、裏面側に放熱のための熱伝達層となる第２金属層８がろう付けにより積層されており、第１金属層の表面に電子部品４が搭載され、第２金属層８の表面にヒートシンク５が取り付けられる構成である。
また、セラミックス基板２は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、若しくはＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスにより形成される。 The power module substrate 3 is formed by laminating a first metal layer 7 serving as a circuit layer on the front surface side of the ceramic substrate 2 by brazing, and a second metal layer 8 serving as a heat transfer layer for heat dissipation on the back surface side. The electronic parts 4 are mounted on the surface of the first metal layer and the heat sink 5 is attached to the surface of the second metal layer 8.
The ceramic substrate 2 is formed of nitride ceramics such as AlN (aluminum nitride) and Si 3 N 4 (silicon nitride), or oxide ceramics such as Al 2 O 3 (alumina).

第１金属層７は、ろう付け前の組成で、アルミニウム純度９９．８０質量％以上のアルミニウムからなり、第２金属層８は、同じくろう付け前の組成でアルミニウム純度９９．０〜９９．５質量％のアルミニウムとされている。この場合、アルミニウムに含まれる不純物成分としては、Ｆｅ及びＳｉが含有されており、ろう付け後の組成として、第１金属層７においては、Ｆｅの含有量が０．１５質量％以下、Ｓｉの含有量が０．１５質量％以下とされ、第２金属層８は、Ｆｅ及びＳｉの合計の含有量が０．４５質量％〜０．９５質量％とされている。その他の不純物成分として、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｔｉ等を含有していてもよいが、Ｓｉ及びＦｅを含有していることが重要である。第２金属層８の方が第１金属層７に比べてＦｅ及びＳｉの含有量が多いので、第２金属層８の方がエッチングにより腐食され易く、エッチングレートが大きくなっている。
ＪＩＳ規格品では、第１金属層７として１Ｎ９９、第２金属層８として１０００番台のアルミニウムを用いることができる。
また、第１金属層８の厚さは０．２ｍｍ〜０．６ｍｍとされ、第２金属層７の厚さは０．３ｍｍ〜０．９ｍｍとされる。第２金属層７の方が第１金属層８よりも０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ厚く形成される。
なお、セラミックス基板２の厚さは限定されるものではないが、例えば０．６３５ｍｍとされる。 The first metal layer 7 is made of aluminum having an aluminum purity of 99.80% by mass or more with a composition before brazing, and the second metal layer 8 is made of aluminum with a purity of 99.0 to 99.5 with the same composition before brazing. The mass is aluminum. In this case, Fe and Si are contained as impurity components contained in aluminum, and as a composition after brazing, the content of Fe in the first metal layer 7 is 0.15% by mass or less, The content is set to 0.15% by mass or less, and the total content of Fe and Si in the second metal layer 8 is set to 0.45% by mass to 0.95% by mass. As other impurity components, Cu, Mn, Zn, Ti and the like may be contained, but it is important that Si and Fe are contained. Since the second metal layer 8 has a higher content of Fe and Si than the first metal layer 7, the second metal layer 8 is more easily corroded by etching, and the etching rate is higher.
In the JIS standard product, 1N99 can be used as the first metal layer 7 and 1000 series aluminum can be used as the second metal layer 8.
Moreover, the thickness of the 1st metal layer 8 shall be 0.2 mm-0.6 mm, and the thickness of the 2nd metal layer 7 shall be 0.3 mm-0.9 mm. The second metal layer 7 is formed to be 0.1 mm to 0.3 mm thicker than the first metal layer 8.
The thickness of the ceramic substrate 2 is not limited, but is set to 0.635 mm, for example.

また、これらセラミックス基板２、第１金属層７、第２金属層８の相互間は、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｇｅ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｇ系またはＡｌ−Ｍｎ系等のろう材によって接合されている。第２金属層８とヒートシンク５との間は、ろう材又はＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｚｎ−Ａｌ系若しくはＰｂ−Ｓｎ系等のはんだ材によって接合され、あるいは、シリコングリースによって密着させた状態でねじによって機械的に固定される。   Further, the ceramic substrate 2, the first metal layer 7, and the second metal layer 8 may be made of Al—Si, Al—Ge, Al—Cu, Al—Mg, Al—Mn, or the like. It is joined by the material. The second metal layer 8 and the heat sink 5 are joined by a brazing material or a solder material such as Sn—Ag—Cu, Zn—Al, or Pb—Sn, or in close contact with silicon grease. It is fixed mechanically by screws.

ヒートシンク５は、その形状等は特に限定されないが、アルミニウムの押し出し成形によって形成され、パワーモジュール用基板３に接合される筒体１５と、筒体１５の内部を複数の流路１６に区画する縦壁１７とが一体に形成された構成とされている。筒体１５の天板部１５ａは、パワーモジュール用基板３の第２金属層８より大きい四角形状の平面形状を有しており、各縦壁１７は、筒体１５の幅方向に等間隔で相互に平行に並べられ、筒体１５の長さ方向に沿って設けられている。なお、このヒートシンク５は、構造材として強度が比較的高いアルミニウムが用いられ、ＪＩＳ規格では例えばＡ６０６３のアルミニウムとされる。   The shape of the heat sink 5 is not particularly limited. The heat sink 5 is formed by extrusion molding of aluminum, and a vertical body that divides the inside of the cylindrical body 15 into a plurality of flow paths 16 that is joined to the power module substrate 3. The wall 17 is integrally formed. The top plate portion 15 a of the cylindrical body 15 has a rectangular planar shape larger than the second metal layer 8 of the power module substrate 3, and the vertical walls 17 are equally spaced in the width direction of the cylindrical body 15. They are arranged in parallel to each other and are provided along the length direction of the cylindrical body 15. The heat sink 5 is made of aluminum having a relatively high strength as a structural material, and is, for example, A6063 aluminum in the JIS standard.

そして、第１金属層７の表面に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｚｎ−Ａｌ系若しくはＰｂ−Ｓｎ系等のはんだ材によって電子部品４が接合される。図中符号１８がそのはんだ接合層を示す。また、電子部品４と第１金属層７の端子部との間は、アルミニウムからなるボンディングワイヤ（図示略）により接続される。   And the electronic component 4 is joined to the surface of the 1st metal layer 7 by solder materials, such as Sn-Ag-Cu type, Zn-Al type, or Pb-Sn type. Reference numeral 18 in the drawing indicates the solder joint layer. Further, the electronic component 4 and the terminal portion of the first metal layer 7 are connected by a bonding wire (not shown) made of aluminum.

そして、このような構成のパワーモジュール用基板３を製造するには、図２に示すように、セラミックス基板２を複数個製作できる大きさのセラミックス平板２１の両面にろう材箔を介して第１金属層７及び第２金属層８となる金属板２２，２３をそれぞれ積層し、これら積層体を不活性ガス雰囲気、還元ガス雰囲気又は真空雰囲気において積層方向に加圧した状態で加熱し、ろう材箔を溶融させることによって両金属板２２，２３をそれぞれセラミックス平板２１に接合する。この場合、両金属板２２，２３もセラミックス平板２１と同様に、複数個のパワーモジュール用基板３を製作できる大きさに形成されている。   Then, in order to manufacture the power module substrate 3 having such a configuration, as shown in FIG. 2, a first part of the ceramic flat plate 21 having a size capable of manufacturing a plurality of ceramic substrates 2 is disposed on both sides via a brazing material foil. The metal plates 22 and 23 to be the metal layer 7 and the second metal layer 8 are respectively laminated, and the laminated bodies are heated in a state of being pressurized in the lamination direction in an inert gas atmosphere, a reducing gas atmosphere or a vacuum atmosphere, and brazing material Both metal plates 22 and 23 are joined to the ceramic flat plate 21 by melting the foil. In this case, both the metal plates 22 and 23 are formed in such a size that a plurality of power module substrates 3 can be manufactured, like the ceramic flat plate 21.

次いで、エッチング加工により両金属板２２，２３を所望の外形に形成する。このとき、両金属板２２，２３の表面にフォトレジスト法によりエッチングマスク２４，２５を形成する。この場合、両金属板２２，２３は、その不純物の含有量が前述したように相違していることから、ほぼ厚さに対応したエッチングレートとされている。すなわち、第１金属層７となる金属板２２の厚さが０．２ｍｍ〜０．６ｍｍ、第２金属層８となる金属板２３の厚さが０．３ｍｍ〜０．９ｍｍであり、不純物含有量は、第１金属層７となる金属板２２で、Ｆｅの含有量が０．１５質量％以下、Ｓｉの含有量が０．１５質量％以下、第２金属層８となる金属板２３で、Ｆｅ及びＳｉの合計の含有量が０．４５質量％〜０．９５質量％とされている。このような各金属層７，８の厚さと不純物含有量との関係により、第２金属層７となる金属板２３のエッチングレートは、第１金属層７となる金属板２２のエッチングレートの１．４倍〜１．６倍、速くなる。このため、両金属層７，８を同時にエッチング加工すれば、ほぼ同じタイミングでそれぞれの厚さ分のエッチング加工が終了する。   Next, both metal plates 22 and 23 are formed into a desired outer shape by etching. At this time, etching masks 24 and 25 are formed on the surfaces of both metal plates 22 and 23 by a photoresist method. In this case, since both the metal plates 22 and 23 have different impurity contents as described above, the etching rates substantially correspond to the thicknesses. That is, the thickness of the metal plate 22 to be the first metal layer 7 is 0.2 mm to 0.6 mm, the thickness of the metal plate 23 to be the second metal layer 8 is 0.3 mm to 0.9 mm, and contains impurities The amount is the metal plate 22 to be the first metal layer 7, the Fe content is 0.15 mass% or less, the Si content is 0.15 mass% or less, and the metal plate 23 is the second metal layer 8. The total content of Fe and Si is 0.45% by mass to 0.95% by mass. Due to the relationship between the thickness of each of the metal layers 7 and 8 and the impurity content, the etching rate of the metal plate 23 to be the second metal layer 7 is 1 of the etching rate of the metal plate 22 to be the first metal layer 7. .4 times to 1.6 times faster. For this reason, if both the metal layers 7 and 8 are etched simultaneously, the etching process for each thickness is completed at substantially the same timing.

したがって、両金属板２２，２３の表面を覆うエッチングマスク２４，２５の設計においては、それぞれのエッチングレートに対応した隙間２６，２７を設定すればよく、前述したエッチングしろＳ（図３参照）において、他方の金属板のエッチング終了時期との調整分を見込んでおく必要はない。
そして、両金属板２２，２３の表面にエッチングマスク２４，２５を形成した後、これらをエッチング液に浸漬する。エッチング液としては、塩化第二鉄を主成分とするものが用いられ、例えばＦｅＣｌ３≧４４％、ＦｅＣｌ２≦０．１３％、ＨＣｌ≦０．１５％の濃度の溶液とされる。 Therefore, in the design of the etching masks 24 and 25 covering the surfaces of both the metal plates 22 and 23, the gaps 26 and 27 corresponding to the respective etching rates may be set. In the above-described etching margin S (see FIG. 3). It is not necessary to allow for an adjustment with respect to the etching end timing of the other metal plate.
And after forming the etching masks 24 and 25 in the surface of both the metal plates 22 and 23, these are immersed in etching liquid. As the etching solution, one containing ferric chloride as a main component is used. For example, a solution having a concentration of FeCl 3 ≧ 44%, FeCl 2 ≦ 0.13%, and HCl ≦ 0.15% is used.

このようにしてエッチングにより両金属層７，８の外形を加工した後、セラミックス平板２１を分割することによりパワーモジュール用基板３が作成され、このパワーモジュール用基板３に、その第２金属層８にヒートシンク５が接合されるとともに、第１金属層７の上に電子部品４がはんだ付けされる。このはんだ付け作業は窒素と水素を混合した還元ガス雰囲気中で行われる。また、冷却後に、大気中で電子部品４と第１金属層７との間でワイヤボンディングされる。
この一連の工程によってパワーモジュール１が完成する。 After processing the outer shapes of the metal layers 7 and 8 by etching in this way, the power module substrate 3 is created by dividing the ceramic flat plate 21, and the second metal layer 8 is formed on the power module substrate 3. The electronic component 4 is soldered onto the first metal layer 7 while the heat sink 5 is bonded to the first metal layer 7. This soldering operation is performed in a reducing gas atmosphere in which nitrogen and hydrogen are mixed. Further, after cooling, wire bonding is performed between the electronic component 4 and the first metal layer 7 in the atmosphere.
The power module 1 is completed through this series of steps.

本発明の効果確認のために、第１金属層としてアルミニウム純度が９９．９９ｗｔ％のアルミニウム、第２金属層としてアルミニウム純度が９９．２ｗｔ％のアルミニウムを用い、これらを窒化アルミニウムのセラミックス基板の片面にそれぞれろう付けした。Ｆｅ及びＳｉの含有量は、第１金属層がＦｅ：０．００３質量％、Ｓｉ：０．００５質量％であり、第２金属層はＦｅとＳｉの合計で０．７質量％であった。金属層の厚さは、第１金属層が０．４ｍｍ、第２金属層が０．６ｍｍとした。そして、各金属層にエッチング幅を０．３５ｍｍとしてエッチングマスクを形成した。
エッチング液としては、ＦｅＣｌ３：４０％、ＦｅＣｌ２：０．１％、ＨＣｌ：０．１５％濃度の溶液を用いた。
このエッチング液にセラミックス基板と各金属層との積層体をそれぞれ浸漬し、金属層のエッチング所要時間を調べたところ、第１金属層が８分、第２金属層が８分であった。
比較例として、第１金属層と第２金属層とを同じアルミニウム純度が９９．０ｗｔ％のアルミニウムとする以外は、上記の実験条件と同じ条件でエッチングをした場合、エッチング所要時間は、第１金属層が８分、第２金属層が１２分であった。
したがって、本実施形態の構成とすることにより、両金属層をほぼ同じタイミングでエッチング終了させることができることが確認された。 In order to confirm the effect of the present invention, aluminum having an aluminum purity of 99.99 wt% is used as the first metal layer, and aluminum having an aluminum purity of 99.2 wt% is used as the second metal layer. Brazed to each. The content of Fe and Si was such that the first metal layer was Fe: 0.003 mass% and Si: 0.005 mass%, and the second metal layer was 0.7 mass% in total of Fe and Si. . The thickness of the metal layer was 0.4 mm for the first metal layer and 0.6 mm for the second metal layer. Then, an etching mask was formed on each metal layer with an etching width of 0.35 mm.
As an etchant, a solution having a concentration of FeCl 3 : 40%, FeCl 2 : 0.1%, HCl: 0.15% was used.
When the laminated body of the ceramic substrate and each metal layer was immersed in this etching solution and the time required for etching the metal layer was examined, the first metal layer was 8 minutes and the second metal layer was 8 minutes.
As a comparative example, when etching is performed under the same conditions as the above experimental conditions except that the first metal layer and the second metal layer are made of aluminum having the same aluminum purity of 99.0 wt%, the etching time is as follows. The metal layer was 8 minutes and the second metal layer was 12 minutes.
Therefore, it was confirmed that the etching of both metal layers can be completed at almost the same timing by adopting the configuration of this embodiment.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
実施形態では、回路層側を厚さの小さい第１金属層、放熱層側を厚さの大きい第２金属層としたが、逆に、回路層側を厚さが大きい第２金属層、放熱層側を厚さの小さい第１金属層とするものにも適用することができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
In the embodiment, the circuit layer side is the first metal layer having a small thickness and the heat dissipation layer side is the second metal layer having a large thickness. Conversely, the circuit layer side is a second metal layer having a large thickness, and the heat dissipation layer is a heat dissipation layer. The present invention can also be applied to the first metal layer having a small thickness on the layer side.

１ パワーモジュール
２ セラミックス基板
３ パワーモジュール用基板
４ 電子部品
５ ヒートシンク
７ 第１金属層
８ 第２金属層
１５ 筒体
１６ 流路
１７ 縦壁
１８ はんだ接合層
２１ セラミックス平板
２２，２３ 金属板
２４，２５ エッチングマスク
２６，２７ 隙間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power module 2 Ceramic substrate 3 Power module substrate 4 Electronic component 5 Heat sink 7 1st metal layer 8 2nd metal layer 15 Cylindrical body 16 Flow path 17 Vertical wall 18 Solder joint layer 21 Ceramic flat plate 22, 23 Metal plates 24, 25 Etching mask 26, 27 Clearance

Claims (2)

セラミックス基板と、前記セラミックス基板の一方の面に積層されたアルミニウムからなる第１金属層と、前記セラミックス基板の他方の面に積層されたアルミニウムからなる第２金属層とを備え、前記第１金属層の厚さよりも前記第２金属層の厚さの方が大きく形成されるとともに、前記第２金属層は、前記第１金属層よりもＦｅ及びＳｉの含有量が多いことを特徴とするパワーモジュール用基板。   A ceramic substrate; a first metal layer made of aluminum laminated on one surface of the ceramic substrate; and a second metal layer made of aluminum laminated on the other surface of the ceramic substrate. The power is characterized in that the thickness of the second metal layer is formed larger than the thickness of the layer, and the second metal layer has a higher content of Fe and Si than the first metal layer. Module board. 前記第１金属層は、厚さが０．２ｍｍ〜０．６ｍｍで、Ｆｅの含有量が０．１５質量％以下、Ｓｉの含有量が０．１５質量％以下であり、第２金属層は、厚さが０．３ｍｍ〜０．９ｍｍで、Ｆｅ及びＳｉの合計で０．４５質量％〜０．９５質量％含有していることを特徴とする請求項１記載のパワーモジュール用基板。   The first metal layer has a thickness of 0.2 mm to 0.6 mm, an Fe content of 0.15 mass% or less, an Si content of 0.15 mass% or less, and the second metal layer is The power module substrate according to claim 1, wherein the substrate has a thickness of 0.3 mm to 0.9 mm and contains 0.45 mass% to 0.95 mass% in total of Fe and Si.
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