JP2012190950A - Conductive pattern member for substrate for power module - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a conductive pattern member for a substrate for a power module which obtains strong adhesiveness between a ceramic substrate and a conductive pattern layer and improves assembly workability.SOLUTION: A conductive pattern member 10 is formed by tentatively fixing a conductive pattern layer 6 to a brazing material foil 9 in the lamination state. Multiple welded portions 12, formed by welding the brazing material foil 9 on a surface of the conductive pattern layer 6, are provided so as to be located along at least two facing sides of an outer periphery of the conductive pattern layer 6 or located at end parts of the two sides.

Description

本発明は、大電流、大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の製造に用いられる導体パターン部材に関する。   The present invention relates to a conductor pattern member used for manufacturing a power module substrate used in a semiconductor device that controls a large current and a large voltage.

従来のパワーモジュールとして、セラミックス基板の一方の面に、導体パターン層を形成する金属層が積層され、この導体パターン層の上に半導体チップ等の電子部品がはんだ付けされるとともに、セラミックス基板の他方の面に放熱層となる金属層が形成され、この放熱層にヒートシンクが接合された構成のものや、放熱層となる金属層を設けず、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が接合された構成のパワーモジュールが知られている。この種のパワーモジュールに用いられるパワーモジュール用基板においては、セラミックス基板の表面に金属層をはんだ付け又はろう付けにより接合している。   As a conventional power module, a metal layer forming a conductor pattern layer is laminated on one surface of a ceramic substrate, and an electronic component such as a semiconductor chip is soldered on the conductor pattern layer, and the other side of the ceramic substrate A structure in which a metal layer to be a heat dissipation layer is formed on the surface and a heat sink is bonded to the heat dissipation layer, or a structure in which an aluminum heat sink is directly bonded to a ceramic substrate without providing a metal layer to be a heat dissipation layer Power modules are known. In a power module substrate used in this type of power module, a metal layer is joined to the surface of the ceramic substrate by soldering or brazing.

例えば、特許文献1では、セラミックス基板の表面に揮発性有機媒体の表面張力によって、ろう材箔を仮固定するとともに、ろう材箔の表面に基材から打ち抜かれた導体パターン層を仮固定した状態で加熱し、パワーモジュール用基板を形成している。
また、特許文献2においては、活性金属ろう材ペースト層の表面に複数の突起部を形成し、活性金属ろう材ペースト層上に突起部を介して導体パターン層(金属板)を載置し、非酸化性雰囲気中で加熱することによりセラミックス基板と導体パターン層とを接合している。活性金属ろう材ペースト層が溶融するまでの間、導体パターン層は突起部を介して配置されていることから、昇温時に導体パターン層が熱膨張したとしてもセラミックス基板上の活性金属ろう材ペーストが導体パターン層に引きずられて、その外側にはみ出すこともなく、位置精度よく接合できることが開示されている。
For example, in Patent Document 1, the brazing material foil is temporarily fixed to the surface of the ceramic substrate by the surface tension of the volatile organic medium, and the conductor pattern layer punched from the base material is temporarily fixed to the surface of the brazing material foil. Is heated to form a power module substrate.
In Patent Document 2, a plurality of protrusions are formed on the surface of the active metal brazing paste layer, and a conductor pattern layer (metal plate) is placed on the active metal brazing paste layer via the protrusions. The ceramic substrate and the conductor pattern layer are joined by heating in a non-oxidizing atmosphere. Until the active metal brazing paste layer is melted, the conductive pattern layer is disposed through the protrusions. Therefore, even if the conductive pattern layer thermally expands when the temperature rises, the active metal brazing paste on the ceramic substrate It is disclosed that bonding can be performed with high positional accuracy without being dragged to the conductor pattern layer and protruding outside.

特許第4311303号公報Japanese Patent No. 4311303 特許第3954912号公報Japanese Patent No. 3954912

しかしながら、特許文献1に記載のパワーモジュール用基板の製造方法においては、ろう材箔及び導体パターン層をセラミックス基板に仮固定する際に、ろう材箔と導体パターン層に位置ずれや、ろう材箔の折れ曲がり等が生じ易い。この場合、導体パターン層直下のろう材が局所的に不足して、強固な接合性が得られないことがある。また、特許文献2においても、活性金属ろう材ペーストの粘度管理等が難しいだけでなく、ペーストの塗布位置に対して導体パターン層を載置するため、位置ずれが生じ易いものとなっている。   However, in the method for manufacturing a power module substrate described in Patent Document 1, when the brazing material foil and the conductor pattern layer are temporarily fixed to the ceramic substrate, the brazing material foil and the conductor pattern layer are misaligned. Are likely to be bent. In this case, the brazing material directly under the conductor pattern layer may be insufficient locally, and strong bondability may not be obtained. Also in Patent Document 2, not only is it difficult to manage the viscosity of the active metal brazing paste, but also the position of the paste tends to occur because the conductor pattern layer is placed at the paste application position.

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、セラミックス基板と導体パターン層との強固な接合性を得ることができ、組立作業性を向上させることができるパワーモジュール用基板用の導体パターン部材を提供する。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to obtain a strong bondability between a ceramic substrate and a conductor pattern layer, and to improve assembly workability. A conductor pattern member is provided.

本発明のパワーモジュール用基板用の導体パターン部材は、導体パターン層とろう材箔とを積層状態に仮固定してなり、前記導体パターン層の表面に前記ろう材箔を溶接することにより形成された溶接部が、前記導体パターン層の外縁の少なくとも対向する二辺に沿って又は前記二辺の端部に位置するように複数設けられていることを特徴とする。
導体パターン層とろう材箔とを溶接して一体にしているので、後の積層工程や接合工程において導体パターン層とろう材箔とがずれることがなく、組立作業性を向上させることができる。また、導体パターン部材の外縁の少なくとも対向する二辺に沿って又は前記二辺の端部に位置するように複数の溶接部が設けられ、導体パターン層とろう材箔とが溶接されているため、ろう材箔のめくれや折れ曲がりが生じにくく、その結果、ろう材箔を積層面に全面にわたって行き渡らせることができる。これにより、セラミックス基板と導体パターン層とを強固に接合することができる。
A conductor pattern member for a power module substrate of the present invention is formed by temporarily fixing a conductor pattern layer and a brazing material foil in a laminated state, and welding the brazing material foil to the surface of the conductor pattern layer. A plurality of welded portions are provided so as to be positioned along at least two opposite sides of the outer edge of the conductor pattern layer or at end portions of the two sides.
Since the conductor pattern layer and the brazing material foil are integrated by welding, the conductor pattern layer and the brazing material foil are not displaced in the subsequent lamination process or joining process, and the assembly workability can be improved. In addition, a plurality of welds are provided so as to be positioned along at least two opposite sides of the outer edge of the conductor pattern member or at the end portions of the two sides, and the conductor pattern layer and the brazing material foil are welded. The brazing foil is not easily turned or bent, and as a result, the brazing foil can be spread over the entire surface. Thereby, a ceramic substrate and a conductor pattern layer can be joined firmly.

本発明のパワーモジュール用基板用の導体パターン部材において、前記溶接部は、前記導体パターン層の外縁の対向する二辺に重なるように形成されているとよい。
導体パターン層とろう材箔とが、外縁で溶接されているので、確実に、ろう材箔のめくれや折れ曲がりを防止することができる。
In the conductor pattern member for a power module substrate of the present invention, the weld portion may be formed so as to overlap two opposite sides of the outer edge of the conductor pattern layer.
Since the conductor pattern layer and the brazing material foil are welded at the outer edge, it is possible to reliably prevent the brazing material foil from being turned over or bent.

本発明のパワーモジュール用基板用の導体パターン部材において、前記溶接部は、前記二辺に沿う線状に形成されているとよい。
溶接部の範囲を比較的長くすることができるので、確実に導体パターン層とろう材箔とを接合することができる。
In the conductor pattern member for a power module substrate of the present invention, the welded portion may be formed in a linear shape along the two sides.
Since the range of a welding part can be made comparatively long, a conductor pattern layer and brazing material foil can be joined reliably.

また、本発明のパワーモジュール用基板用の導体パターン部材において、前記溶接部は、前記導体パターン層の外縁の少なくとも角部に重なるように形成されているとよい。
角部を溶接しておくことで、局所的に点在する溶接部とした場合でも、確実にろう材箔のめくれや折れ曲がりを防止することができる。
In the conductor pattern member for a power module substrate of the present invention, the welded portion may be formed so as to overlap at least a corner portion of the outer edge of the conductor pattern layer.
By welding the corners, the brazing foil can be surely prevented from being bent or bent even when the welds are locally scattered.

本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、セラミックス基板の少なくとも一方の面に導体パターン層が形成されたパワーモジュール用基板の製造方法であって、前述した導体パターン部材とセラミックス基板とを積層する積層工程と、導体パターン部材と前記セラミックス基板とを加圧した状態で加熱することによりろう接する接合工程とを有することを特徴とする。   The method for manufacturing a power module substrate of the present invention is a method for manufacturing a power module substrate in which a conductor pattern layer is formed on at least one surface of a ceramic substrate, and the conductor pattern member and the ceramic substrate described above are laminated. It has a lamination process, and the joining process of carrying out brazing by heating in the state which pressed the conductor pattern member and the said ceramic substrate, It is characterized by the above-mentioned.

本発明によれば、導体パターン層とろう材箔とを一体にして導体パターン部材として取扱うことにより、パワーモジュール用基板の組立作業性を向上させることができるとともに、導体パターン層とセラミックス基板との間で、ろう材箔のめくれや折れ曲がり等が生じるのを防止でき、それらを強固に接合することができる。   According to the present invention, by assembling the conductor pattern layer and the brazing material foil as a conductor pattern member, the assembly workability of the power module substrate can be improved, and the conductor pattern layer and the ceramic substrate can be improved. In the meantime, it is possible to prevent the brazing material foil from being turned over or bent, and to join them firmly.

本発明の第1実施形態のパワーモジュール用基板用の導体パターン部材を説明する図であり、(a)が正面図、(b)が縦断面図である。It is a figure explaining the conductor pattern member for the board | substrate for power modules of 1st Embodiment of this invention, (a) is a front view, (b) is a longitudinal cross-sectional view. 本発明の第1実施形態の導体パターン部材の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the conductor pattern member of 1st Embodiment of this invention. ろう材箔の接合装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the joining apparatus of brazing material foil. 図3に示す装置の一部である超音波溶接機の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of the ultrasonic welding machine which is a part of apparatus shown in FIG. 本発明の導体パターン部材を用いたパワーモジュールの側面図である。It is a side view of the power module using the conductor pattern member of this invention. 点在する連続した溶接部を説明する図である。It is a figure explaining the continuous welding part which is scattered. 本発明の第2実施形態の導体パターン部材の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the conductor pattern member of 2nd Embodiment of this invention. 本発明のその他の実施形態の導体パターン部材を説明する図である。It is a figure explaining the conductor pattern member of other embodiment of this invention.

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5は、この発明により製造されるパワーモジュール用基板用の導体パターン部材を用いて製造されるパワーモジュール1を示している。このパワーモジュール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、この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に接合されたヒートシンク5とから構成される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 5 shows a power module 1 manufactured using a conductor pattern member for a power module substrate manufactured according to the present invention. The power module 1 is joined to 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 the power module substrate 3. The heat sink 5 is made up of.

パワーモジュール用基板3は、セラミックス基板2の上面側に導体パターン層6が配設されるとともに、下面側に放熱層7が配設されて構成される。導体パターン層6及び放熱層7は、共に純アルミニウムもしくはアルミニウム合金により形成されている。これら導体パターン層6及び放熱層7は、セラミックス基板2に、Al−Si系もしくはAl−Ge系のろう材箔によりろう接されている。そして、導体パターン層6の上面に、電子部品4がはんだ層8を介して接合されている。また、放熱層7の下面に、ヒートシンク5が配設されており、電子部品4からの熱を、ヒートシンク5を介して外部へ放散できるようになっている。   The power module substrate 3 is configured such that the conductor pattern layer 6 is disposed on the upper surface side of the ceramic substrate 2 and the heat radiation layer 7 is disposed on the lower surface side. The conductor pattern layer 6 and the heat dissipation layer 7 are both formed of pure aluminum or an aluminum alloy. The conductor pattern layer 6 and the heat dissipation layer 7 are brazed to the ceramic substrate 2 with an Al—Si or Al—Ge brazing material foil. The electronic component 4 is joined to the upper surface of the conductor pattern layer 6 via the solder layer 8. Further, a heat sink 5 is disposed on the lower surface of the heat dissipation layer 7 so that heat from the electronic component 4 can be dissipated to the outside through the heat sink 5.

パワーモジュール用基板3は、図1に示すように、予め導体パターン層6とろう材箔9との一部を仮固定して、導体パターン層6とろう材箔9とを一体とした導体パターン部材10を形成しておき、その導体パターン部材10とセラミックス基板2とをろう材箔9を介して接合することにより形成されている。そして、導体パターン層6とろう材箔9は、図3に示すろう材箔の接合装置100によって仮固定される。   As shown in FIG. 1, the power module substrate 3 is a conductor pattern in which a part of the conductor pattern layer 6 and the brazing material foil 9 is temporarily fixed in advance, and the conductor pattern layer 6 and the brazing material foil 9 are integrated. The member 10 is formed, and the conductor pattern member 10 and the ceramic substrate 2 are joined via the brazing material foil 9. The conductor pattern layer 6 and the brazing material foil 9 are temporarily fixed by the brazing material foil joining apparatus 100 shown in FIG.

接合装置100は、導体パターン層6となる帯状の基材60に帯状のろう材箔90とを重ねた状態で走行させる走行手段である送り装置110と、基材60とろう材箔90とを超音波シーム溶接する溶接手段である超音波溶接機120と、基材60を導体パターン層6の外形線に沿ってろう材箔90ごと打ち抜くプレス手段であるプレス加工機130とを備えている。
また、図3の符号140,150,160,170はそれぞれ、コイル状に巻かれた基材を供給する基材の供給装置140、供給された基材60を洗浄する洗浄装置150、基材60を平滑化するレベラ160、ろう材箔90を供給するろう材箔の供給装置170を示している。
The joining apparatus 100 includes a feeding device 110 that is a traveling unit that travels in a state where the strip-shaped brazing material foil 90 is overlapped on the strip-shaped base material 60 that becomes the conductor pattern layer 6, and the base material 60 and the brazing material foil 90. An ultrasonic welding machine 120 which is a welding means for ultrasonic seam welding and a press working machine 130 which is a pressing means for punching the base material 60 together with the brazing material foil 90 along the outline of the conductor pattern layer 6 are provided.
Also, reference numerals 140, 150, 160, and 170 in FIG. 3 denote a base material supply device 140 that supplies a base material wound in a coil shape, a cleaning device 150 that cleans the supplied base material 60, and a base material 60, respectively. 1 shows a leveler 160 for smoothing and a brazing material foil supply device 170 for supplying a brazing material foil 90.

超音波溶接機120は、図4に示すように、一対の円盤状のホーン21に超音波振動を発生させる振動器22がそれぞれ連結されており、ステージ23上に重ねて載置された基材60上のろう材箔90に接触した状態でホーン21を移動することで、線状の溶接部12(図2参照)を形成できるものである。   As shown in FIG. 4, the ultrasonic welder 120 includes a pair of disk-shaped horns 21 connected to vibrators 22 that generate ultrasonic vibrations, and a base material placed on a stage 23. By moving the horn 21 in contact with the brazing material foil 90 on the line 60, the linear welded portion 12 (see FIG. 2) can be formed.

ホーン21及び振動器22は、ボールねじ軸24a,25a及びそのボールねじ軸24a,25aに螺合するスライドユニット24b,25bを有するボールねじ機構により、水平方向に移動可能に支持されている。
具体的には、基材60の走行方向に延びるボールねじ軸25aに、一対のスライドユニット25bが移動可能に取り付けられ、各スライドユニット25bにボールねじ軸25aと直交する方向(基材60の幅方向)に延びるボールねじ軸24aが取り付けられ、これらボールねじ軸24aにそれぞれスライドユニット24bが移動可能に取り付けられている。
各ボールねじ軸24a,25aの一端は、それぞれが個別の移動用モータ(図示略)と連結されており、各移動用モータを回転させるとボールねじ軸24a,25aが回転し、それに伴いスライドユニット24b,25bがボールねじ軸24a,25aの軸方向に移動するようになっている。
なお、ボールねじ軸25aは、雄ねじ部が中央部を境にして左右逆ねじに形成され、左ねじ部a1と右ねじ部a2とにより構成されている。ボールねじ軸25aの両側に設けられるスライドユニット25bが、それぞれボールねじ軸25aの雄ねじ部a1,a2に案内されて、左右対称に移動する構成とされている。
各スライドユニット24bには振動器22が取り付けられており、両振動器22にはそれぞれ円盤状のホーン21が連結され、これらホーン21が走行方向に直交する方向に平行に配置されており、ホーン21をステージ23の上で基材60上のろう材箔90に接触させた状態でスライドユニット24bによって移動することで、一度に二本の線状の溶接部12を基材60及びろう材箔90の幅方向に沿って形成することができる。
The horn 21 and the vibrator 22 are supported by a ball screw mechanism having ball screw shafts 24a and 25a and slide units 24b and 25b screwed to the ball screw shafts 24a and 25a so as to be movable in the horizontal direction.
Specifically, a pair of slide units 25b are movably attached to a ball screw shaft 25a extending in the running direction of the base material 60, and each slide unit 25b is perpendicular to the ball screw shaft 25a (the width of the base material 60). A ball screw shaft 24a extending in the direction) is attached, and a slide unit 24b is movably attached to each of the ball screw shafts 24a.
One end of each of the ball screw shafts 24a and 25a is connected to an individual moving motor (not shown). When each moving motor is rotated, the ball screw shafts 24a and 25a rotate, and accordingly, the slide unit. 24b and 25b move in the axial direction of the ball screw shafts 24a and 25a.
The ball screw shaft 25a is formed of a left and right threaded part a1 and a right threaded part a2 with a male threaded part formed as a left and right reverse thread with a central part as a boundary. The slide units 25b provided on both sides of the ball screw shaft 25a are guided by the male screw portions a1 and a2 of the ball screw shaft 25a and move symmetrically.
A vibrator 22 is attached to each slide unit 24b. A disk-shaped horn 21 is connected to each of the vibrators 22, and these horns 21 are arranged in parallel to the direction perpendicular to the traveling direction. 21 is moved on the stage 23 by the slide unit 24b while being in contact with the brazing material foil 90 on the base material 60, so that the two linear welds 12 can be connected to the base material 60 and the brazing material foil at a time. It can be formed along 90 width directions.

ステージ23は、基材60を載置する上面部が、基材60及びろう材箔90の走行方向に沿う曲率で凸円弧状に形成されており、シリンダー等の昇降機構により垂直方向に上下移動可能に構成され、ろう材箔90の上面とホーン21とを接触させる所定位置まで上昇させることができる。また、一対のホーン21の配置位置の前方及び後方位置には、重ねられた状態の帯状の基材60とろう材箔90とをステージ23との間で挟持するワーク押さえ26が設けられている。このワーク押さえ26とステージ23の昇降機構とにより、基材60とろう材箔90とをステージ23の表面に沿って保持する保持手段が構成される。   In the stage 23, the upper surface portion on which the base material 60 is placed is formed in a convex arc shape with a curvature along the traveling direction of the base material 60 and the brazing material foil 90, and vertically moved by a lifting mechanism such as a cylinder. It can be configured to be raised to a predetermined position where the upper surface of the brazing foil 90 and the horn 21 are brought into contact with each other. Further, at the front and rear positions of the position where the pair of horns 21 are arranged, there are provided work holders 26 for holding the overlapped belt-like base material 60 and brazing material foil 90 between the stage 23. . A holding means for holding the base member 60 and the brazing filler metal foil 90 along the surface of the stage 23 is configured by the work presser 26 and the lifting mechanism of the stage 23.

また、プレス加工機130は、図2に示すように、基材60とろう材箔90とを溶接した後、溶接部12の両端部にパイロット孔13を形成し、そのパイロット孔13をガイドとして基材60をろう材箔90ごと打ち抜くものである。
パイロット孔13は、幅方向に沿う溶接部12の少なくとも一部と重なるように、溶接部12の端部に形成される。また、打ち抜きパンチ131は、後述するように、溶接部12が外形線の一部と重なるように、基材60とろう材箔90とを一体に打ち抜く構成とされている。
Further, as shown in FIG. 2, the press machine 130 welds the base material 60 and the brazing material foil 90, then forms pilot holes 13 at both ends of the welded portion 12, and uses the pilot holes 13 as guides. The base material 60 is punched out together with the brazing material foil 90.
The pilot hole 13 is formed at the end of the welded portion 12 so as to overlap at least a part of the welded portion 12 along the width direction. Further, as will be described later, the punching punch 131 is configured to integrally punch the base material 60 and the brazing material foil 90 so that the welded portion 12 overlaps a part of the outline.

このように構成されたろう材箔の接合装置100を用いたパワーモジュール用基板3の製造方法は、導体パターン層6とろう材箔9とを積層状態に仮固定して導体パターン部材10を打ち抜くパターン形成工程と、その導体パターン部材10とセラミックス基板2とをろう材箔9が介設するように積層する積層工程と、その積層した積層体をろう接する接合工程とにより構成される。   The method of manufacturing the power module substrate 3 using the brazing material foil joining apparatus 100 configured as described above is a pattern in which the conductive pattern layer 6 and the brazing material foil 9 are temporarily fixed in a laminated state and the conductive pattern member 10 is punched out. It comprises a forming step, a laminating step for laminating the conductor pattern member 10 and the ceramic substrate 2 so that the brazing material foil 9 is interposed, and a joining step for brazing the laminated laminate.

パターン形成工程では、前述した接合装置100を用いて導体パターン部材10を形成する。まず、図3に示すように、各供給装置140,170から帯状の基材60及びろう材箔90を供給し、送り装置110により基材60とろう材箔90とを所定位置まで走行させ、それらをステージ23上に積層した状態で載置する。送り装置110の走行を停止し、ステージ23を上昇させることで、基材60及びろう材箔90をステージ23とワーク押さえ26との間で保持する。ステージ23の上面部は、凸円弧状に形成されているので、基材60とろう材箔90とは、その上面部に沿って、上方に反った状態で密着して保持される。   In the pattern forming step, the conductor pattern member 10 is formed using the bonding apparatus 100 described above. First, as shown in FIG. 3, the belt-like base material 60 and the brazing material foil 90 are supplied from the supply devices 140 and 170, and the base material 60 and the brazing material foil 90 are caused to travel to a predetermined position by the feeding device 110. They are placed in a state of being stacked on the stage 23. The travel of the feeding device 110 is stopped and the stage 23 is raised, whereby the base material 60 and the brazing material foil 90 are held between the stage 23 and the work presser 26. Since the upper surface portion of the stage 23 is formed in a convex arc shape, the base material 60 and the brazing filler metal foil 90 are held in close contact with each other while warping upward along the upper surface portion.

図2に二点鎖線で示す符号11は、形成される導体パターン層6の外形線を示している。一対のホーン21の間隔を外形線11のうち幅方向に沿う間隔に合わせておき、ステージ23を上昇させて、被溶接物である基板60とろう材箔90とを所定位置まで上昇させることで、凸円弧状に保持した状態でホーン21と接触させて溶接することができる。
この際、振動器22によりホーン21を超音波振動させるとともに、ホーン21を回転させながら、基材60の幅方向一端部から他端部にかけて移動することで、図2に示すような線状の溶接部12が走行方向(矢印A)に間隔をおいて一度に二本形成される。なお、これら溶接部12の接合幅は、0.5〜1.0mm程度とされている。そして、溶接が終了したら、ステージ23を下降させ、基材60とろう材箔90とを再び所定距離、走行させる。
このように、重ねられた状態の基材60及びろう材箔90は、送り装置110により、間欠的に走行と停止を繰り返し、基材60とろう材箔90とは断続的に溶接される。
Reference numeral 11 indicated by a two-dot chain line in FIG. 2 indicates an outline of the conductor pattern layer 6 to be formed. By adjusting the distance between the pair of horns 21 to the distance along the width direction of the outline 11, the stage 23 is raised, and the substrate 60 and the brazing material foil 90 that are the workpieces are raised to a predetermined position. In this state, the horn 21 can be welded while being held in a convex arc shape.
At this time, the horn 21 is ultrasonically vibrated by the vibrator 22 and moved from one end to the other end in the width direction of the substrate 60 while rotating the horn 21, so that a linear shape as shown in FIG. Two welds 12 are formed at a time in the running direction (arrow A) at intervals. In addition, the joining width of these welding parts 12 is about 0.5-1.0 mm. Then, when the welding is completed, the stage 23 is lowered, and the base material 60 and the brazing material foil 90 are caused to travel again for a predetermined distance.
Thus, the base material 60 and the brazing material foil 90 in an overlapped state are repeatedly run and stopped intermittently by the feeding device 110, and the base material 60 and the brazing material foil 90 are intermittently welded.

溶接された基材60及びろう材箔90は、送り装置110により走行方向に移動させられ、次のプレス加工機130において、その幅方向の端部に、溶接部12の少なくとも一部と重なるように、パイロット孔13が開けられる。そして、パイロット孔13をガイドとして、基材60及びろう材箔90は同時に、導体パターン層の外形線11に沿って打ち抜かれる。
基材60とろう材箔90とは、その溶接部12で接合された状態で打ち抜かれる。前述したように、一対のホーン21の間隔が、導体パターン層の外形線11うち、基材60の幅方向に沿う外形線11の間隔に合わせられているため、図1に示すように、その幅方向の外形線11に沿った外縁が溶接されたままの導体パターン部材10が形成される。
The welded base material 60 and the brazing filler metal foil 90 are moved in the running direction by the feeding device 110 and are overlapped with at least a part of the welded portion 12 at the end in the width direction in the next press machine 130. Then, the pilot hole 13 is opened. Then, using the pilot hole 13 as a guide, the base material 60 and the brazing material foil 90 are simultaneously punched along the contour line 11 of the conductor pattern layer.
The base material 60 and the brazing material foil 90 are punched out in a state where they are joined at the welded portion 12. As described above, the distance between the pair of horns 21 is matched to the distance between the outlines 11 along the width direction of the substrate 60 among the outlines 11 of the conductor pattern layer. Conductive pattern member 10 is formed with the outer edge along outer line 11 in the width direction being welded.

ここで、この導体パターン部材30を用いたパワーモジュール用基板の製造方法を説明する。
上述のようにパターン形成工程で形成された導体パターン部材10からなる導体パターン層6及び放熱層7は、セラミックス基板2にろう材箔90を介設させて積層する積層工程、ろう接する接合工程を経てセラミックス基板2と接合される。
具体的には、セラミックス基板2の表面及び裏面に導体パターン部材10を厚さ15μmのろう材箔90を介して積層した積層体と、クッション性及び耐熱性を有するカーボン及びグラファイトの薄膜からなるシートとを、その積層方向に交互に重ねて加圧手段の間に積層し、これらを厚さ方向(積層方向)に荷重50〜500kPaで加圧した状態で真空炉に装入する。そして、この加圧状態で600〜650℃に加熱することにより、セラミックス基板2と導体パターン層6、放熱層7とをろう接し、パワーモジュール用基板3を製造する。
この場合、導体パターン部材10は、その外形の対向する両端部(外縁)が溶接されている。そのため、後の積層工程や接合工程において導体パターン層6及び放熱層7とろう材箔9とがずれることがなく、組立作業性を向上させることができる。
Here, the manufacturing method of the board | substrate for power modules using this conductor pattern member 30 is demonstrated.
As described above, the conductor pattern layer 6 and the heat dissipation layer 7 made of the conductor pattern member 10 formed in the pattern forming step are laminated by brazing the ceramic substrate 2 with the brazing material foil 90 interposed, and a joining step for brazing. After that, it is bonded to the ceramic substrate 2.
Specifically, a laminated body in which the conductive pattern member 10 is laminated on the front and back surfaces of the ceramic substrate 2 with a brazing material foil 90 having a thickness of 15 μm, and a sheet made of carbon and graphite thin films having cushioning properties and heat resistance. Are alternately stacked in the stacking direction and stacked between pressurizing means, and these are charged in a vacuum furnace in a state of being pressurized in the thickness direction (stacking direction) with a load of 50 to 500 kPa. And by heating to 600-650 degreeC in this pressurization state, the ceramic substrate 2, the conductor pattern layer 6, and the thermal radiation layer 7 are soldered, and the board | substrate 3 for power modules is manufactured.
In this case, both ends (outer edges) of the outer shape of the conductor pattern member 10 are welded. Therefore, the conductor pattern layer 6 and the heat radiation layer 7 and the brazing filler metal foil 9 are not displaced in the subsequent laminating process and bonding process, and the assembly workability can be improved.

また、溶接部12は、導体パターン部材の外縁に、外形線11の少なくとも対向する二辺に沿って又は前記二辺の端部に位置するように複数形成されている。これら溶接部12は、図1(a)の導体パターン10の正面図においては、図の上側の対向する二辺12a及び下側の対向する二辺12bの端部に位置するように形成されており、ろう材箔のめくれや折れ曲がりが生じにくくなっている。その結果、ろう材箔を積層面に全面にわたって行き渡らせることができる。これにより、セラミックス基板2と導体パターン層6とを強固に接合することができる。   A plurality of welds 12 are formed on the outer edge of the conductor pattern member so as to be positioned along at least two opposing sides of the outline 11 or at the ends of the two sides. In the front view of the conductor pattern 10 in FIG. 1A, these welds 12 are formed so as to be located at the ends of the two opposite sides 12a on the upper side and the two opposite sides 12b on the lower side. In other words, curling of the brazing material foil and bending are less likely to occur. As a result, it is possible to spread the brazing material foil over the entire surface of the laminated surface. Thereby, the ceramic substrate 2 and the conductor pattern layer 6 can be firmly joined.

なお、以上の一連のパワーモジュール用基板の製造方法において、基材60とろう材箔90とを走行方向に間隔をおいて溶接しているので、走行方向に沿って連続的に溶接する場合に比べて、溶接部12でろう材箔90にしわが生じにくい。また、基材60とろう材箔90とを重ねた状態で凸円弧状に反らせることで密着させ、同時に二本の溶接部12を形成することで、しわの発生をより抑制することができる。   In the above-described series of power module substrate manufacturing methods, since the base material 60 and the brazing filler metal foil 90 are welded at intervals in the traveling direction, when continuously welding along the traveling direction. In comparison, the brazing material foil 90 is less likely to be wrinkled at the welded portion 12. In addition, the base material 60 and the brazing filler metal foil 90 are overlapped with each other by being bent into a convex arc shape, and the two welds 12 are formed at the same time, so that the generation of wrinkles can be further suppressed.

また、プレス加工時のガイドとしてパイロット孔13を開けたが、その抜き材においては、基材60とろう材箔90の部分で分かれることがなく一体で処理できるので、抜き材の後処理が容易であるとともに、ろう材箔90の部分がプレス加工時に混入し、導体パターン層6を傷つけること等が防止できる。   In addition, the pilot hole 13 is opened as a guide during press working. However, since the punched material can be processed in one piece without being separated at the base material 60 and the brazing material foil 90, post-processing of the punched material is easy. In addition, it is possible to prevent the portion of the brazing material foil 90 from being mixed during pressing and damaging the conductor pattern layer 6.

なお、上述の第1実施形態のパターン形成工程においては、基材60とろう材箔90とを線状に溶接したが、図6に示すように、導体パターン層6の外形線11に並んで点在する連続した溶接部14を構成し、仮固定する構成とすることも可能である。この場合、線状の溶接部と比べて、ろう材箔に生じるしわをさらに低減させることができる。   In addition, in the pattern formation process of the above-mentioned 1st Embodiment, although the base material 60 and the brazing material foil 90 were welded linearly, as shown in FIG. It is also possible to configure a configuration in which the dotted continuous welds 14 are configured and temporarily fixed. In this case, wrinkles generated in the brazing material foil can be further reduced as compared with the linear welded portion.

図7は、本発明の第2実施形態の導体パターン部材の製造方法を説明する図である。上述の第1実施形態のパターン形成工程においては、基材60とろう材箔90とを線状に溶接したが、図7に示す第2実施形態のように、対向する二辺の端部に点状の溶接部15を、導体パターン層6の外形線11の角部に重ねて形成し、導体パターン層6とろう材箔9とを仮固定する構成としてもよい。この場合、外形線11の辺が長い箇所には、その辺の途中位置も溶接するとよい。また、溶接部15は、一点ずつ超音波溶接を施してもよいが、多点を同時に溶接するのが好ましい。   FIG. 7 is a diagram for explaining a method for producing a conductor pattern member according to the second embodiment of the present invention. In the pattern forming process of the first embodiment described above, the base material 60 and the brazing filler metal foil 90 are welded in a linear shape. However, as in the second embodiment shown in FIG. It is good also as a structure which overlaps and forms the dotted | punctate welding part 15 on the corner | angular part of the outline 11 of the conductor pattern layer 6, and fixes the conductor pattern layer 6 and the brazing material foil 9 temporarily. In this case, it is good to weld the halfway position of the side to the place where the side of outline 11 is long. Moreover, although the welding part 15 may perform ultrasonic welding for every point, it is preferable to weld many points simultaneously.

このように、外形線11の角部を溶接しておくことで、局所的に点在する溶接部15とした場合でも、確実にろう材箔のめくれや折れ曲がりを防止することができる。また、図2に示す第1実施形態のように、線状に連続した溶接部12を設ける場合と比べて、溶接部15においてろう材箔にしわが生じにくい構成となっている。
また、溶接部15は、外形線11の角部の尖端を含んで形成するのが好適であるが、図8(a)に示す導体パターン部材30のように、尖端からの距離L1が小さければ、ろう材箔のめくれ等が生じにくいので、導体パターン部材30の溶接部16ように、尖端から離れて形成されるものであってもよい。また、図8(b)に示す導体パターン部材40のように、線状の溶接部17を設ける場合も、外形からの距離L2が小さければ、外形に沿った端部(外縁)を溶接していなくても、ろう材箔のめくれ等が生じにくい。そのため、導体パターン部材40の溶接部17のように、外縁から離れて形成されるものであってもよい。
その他の構成は、第1実施形態のものと同じであり、共通部分に同一符号を付して説明を省略する。
In this way, by welding the corners of the outline 11, even when the welded portions 15 are locally scattered, the brazing foil can be reliably prevented from being turned up or bent. Further, as in the first embodiment shown in FIG. 2, the brazing material foil is less likely to be wrinkled in the welded portion 15 as compared with the case where the linearly welded portion 12 is provided.
Moreover, although it is suitable to form the welding part 15 including the sharp tip of the corner | angular part of the outline 11, if the distance L1 from a sharp tip is small like the conductor pattern member 30 shown to Fig.8 (a). Further, since the brazing of the brazing material foil is difficult to occur, it may be formed away from the tip, like the welded portion 16 of the conductor pattern member 30. Further, when the linear welded portion 17 is provided as in the conductor pattern member 40 shown in FIG. 8B, the end portion (outer edge) along the outer shape is welded if the distance L2 from the outer shape is small. Even without it, the brazing foil is not easily turned over. Therefore, like the welding part 17 of the conductor pattern member 40, it may be formed away from the outer edge.
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same reference numerals are given to common portions, and descriptions thereof are omitted.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、基材とろう材箔との溶接部は、上述実施形態にように、導体パターン外形線上だけではなく、外形線上の溶接部に加えて、その他の部分(例えば中央部)にも設ける構成としてもよい。
また、基材とろう材箔との溶接は超音波溶接に限られず、レーザ溶接等により溶接することも可能である。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, the welded portion of the base material and the brazing material foil is provided not only on the conductor pattern outline, but also in other parts (for example, the central part) in addition to the welded part on the outline as in the above-described embodiment. It is good.
Further, the welding of the base material and the brazing material foil is not limited to ultrasonic welding, and welding by laser welding or the like is also possible.

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
6 導体パターン層
7 放熱層
8 はんだ層
9 ろう材箔
10,30,40 導体パターン部材
11 導体パターン層の外形線
12,14,15,16,17 溶接部
13 パイロット孔
21 ホーン
22 振動器
23 ステージ
24a,25a ボールねじ軸
24b,25b スライドユニット
26 ワーク押さえ
60 基材(帯状)
90 ろう材箔(帯状)
100 ろう材箔の接合装置
110 送り装置
120 超音波溶接機
130 プレス加工機
131 打ち抜きパンチ
140,170 供給装置
150 洗浄装置
160 レベラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power module 2 Ceramic substrate 3 Power module substrate 4 Electronic component 5 Heat sink 6 Conductive pattern layer 7 Heat radiation layer 8 Solder layer 9 Brazing material foil 10, 30, 40 Conductive pattern member 11 Outline line of conductive pattern layer 12, 14, 15 , 16, 17 Welded part 13 Pilot hole 21 Horn 22 Vibrator 23 Stage 24a, 25a Ball screw shaft 24b, 25b Slide unit 26 Workpiece presser 60 Base material (band shape)
90 Brazing foil (band)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Joining apparatus of brazing filler metal 110 Feeding apparatus 120 Ultrasonic welding machine 130 Press processing machine 131 Punch punch 140,170 Supply apparatus 150 Cleaning apparatus 160 Leveler

Claims (5)

導体パターン層とろう材箔とを積層状態に仮固定してなり、前記導体パターン層の表面に前記ろう材箔を溶接することにより形成された溶接部が、前記導体パターン層の外縁の少なくとも対向する二辺に沿って又は前記二辺の端部に位置するように複数設けられていることを特徴とするパワーモジュール用基板用の導体パターン部材。   A conductive pattern layer and a brazing material foil are temporarily fixed in a laminated state, and a weld formed by welding the brazing material foil to the surface of the conductive pattern layer is at least opposite to an outer edge of the conductive pattern layer. A plurality of conductor pattern members for a power module substrate, the plurality of conductor pattern members being provided so as to be positioned along two sides or at end portions of the two sides. 前記溶接部は、前記導体パターン層の外縁の対向する二辺に重なるように形成され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用の導体パターン部材。   2. The conductor pattern member for a power module substrate according to claim 1, wherein the weld is formed so as to overlap two opposite sides of the outer edge of the conductor pattern layer. 前記溶接部は、前記二辺に沿う線状に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のパワーモジュール用基板用の導体パターン部材。   The conductor pattern member for a power module substrate according to claim 1, wherein the welded portion is formed in a linear shape along the two sides. 前記溶接部は、前記導体パターン層の外縁の少なくとも角部に重なるように形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のパワーモジュール用基板用の導体パターン部材。   The conductor pattern member for a power module substrate according to claim 1, wherein the welded portion is formed so as to overlap at least a corner portion of the outer edge of the conductor pattern layer. セラミックス基板の少なくとも一方の面に導体パターン層が形成されたパワーモジュール用基板の製造方法であって、請求項1から4のいずれか一項に記載の導体パターン部材とセラミックス基板とを積層する積層工程と、前記導体パターン部材と前記セラミックス基板とを加圧した状態で加熱することによりろう接する接合工程とを有することを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。   A method for manufacturing a power module substrate in which a conductor pattern layer is formed on at least one surface of a ceramic substrate, wherein the conductor pattern member according to any one of claims 1 to 4 and the ceramic substrate are stacked. A method for manufacturing a power module substrate, comprising: a step of joining together by brazing by heating the conductive pattern member and the ceramic substrate in a pressurized state.
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