JP2013125908A - パワーモジュール用基板の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄肉の金属板においてもセラミックス基板との位置決めを確実に行う。
【解決手段】ベース板１２上に、支持板１３及び第１の金属板６の一つのコーナー部を位置決めするコーナー位置決め部１７が立設されるとともに、コーナー位置決め部には、コーナー部を当接させるように直角に配置された内向き基準面が形成され、内向き基準面の高さは、支持板の厚さより大きくかつ支持板と第１の金属板との積層厚さより小さく形成され、位置決め治具には、支持板又はコーナー位置決め部に当接して内向き基準面に対して位置決めされるコーナー基準受け面と、第１の金属板上に重ねたセラミックス基板の一つのコーナー部を当接させる基板位置決め部と、セラミックス基板上に重ねた第２の金属板の一つのコーナー部を当接させる金属板位置決め部とが形成されている。
【選択図】 図５

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方法および製造装置に関する。

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、導体層を形成する金属板が積層され、この導体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板が形成され、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、例えば両側の金属板の厚みが異なる場合などには、エッチングにより金属板の外縁を形成することが難しいため、プレス成形により打ち抜いた金属板をセラミックス基板にろう付け等により接合しているが、その際にセラミックス基板と金属板とにずれが生じないように位置決めする必要がある。

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、このろう材箔の表面にも揮発性有機媒体の表面張力によって金属板を仮固定して積層体を形成した後に、この積層体を積層方向に加圧して加熱し、パワーモジュール用基板を形成する方法が提案されている。
特許文献２には、上面視Ｌ字状に形成された４本の柱部と、これら柱部により四隅が案内される四角形の加圧板及びテンプレートとを備える装置が開示されている。テンプレートには、金属板の外周縁と同一形状の位置決め孔が貫通状態に形成されるとともに、両端部に凸部が外縁に沿って形成されており、これら凸部の間にセラミックス基板が位置決めされ、位置決め孔に金属板を配置することにより、セラミックス基板に金属板が位置決めされる構成である。

特許第４３１１３０３号公報 特開２００７−３１１７０２号公報

しかしながら、特許文献１のように、揮発性有機媒体を用いた表面張力による仮固定だけでは、セラミックス基板とろう材箔との間、ろう材箔と金属板との間で突発的な位置ズレが生じることがある。また、加熱時に揮発した揮発性有機媒体により、加熱炉内が汚染されるなどの問題もある。
また、特許文献２の装置においては、金属板の厚みが大きい場合は有効であるが、薄肉化に伴い、取り扱いが難しくなってきた。

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、薄肉の金属板においてもセラミックス基板との位置決めを確実に行うことができるパワーモジュール用基板の製造方法および製造装置を提供する。

本発明のパワーモジュール用基板の製造装置は、平面視矩形状のセラミックス基板の両面に該セラミックス基板よりも平面積の小さい平面視矩形状の第１の金属板及び第２の金属板がそれぞれ積層状態に接合されてなるパワーモジュール用基板を製造する装置であって、ベース板と、該ベース板上に載置される支持板と、該支持板上に載置した前記第１の金属板に対して前記セラミックス基板及び前記第２の金属板を位置決めする位置決め治具とを備えるとともに、前記ベース板上に、前記支持板及び前記第１の金属板の一つのコーナー部を位置決めするコーナー位置決め部が立設されるとともに、該コーナー位置決め部には、前記コーナー部を当接させるように直角に配置された内向き基準面が形成され、該内向き基準面の高さは、前記支持板の厚さより大きくかつ前記支持板と前記第１の金属板との積層厚さより小さく形成され、前記位置決め治具には、前記支持板又は前記コーナー位置決め部に当接して前記内向き基準面に対して位置決めされるコーナー基準受け面と、前記第１の金属板上に重ねた前記セラミックス基板の一つのコーナー部を当接させる基板位置決め部と、前記セラミックス基板上に重ねた前記第２の金属板の一つのコーナー部を当接させる金属板位置決め部とが形成されていることを特徴とする。

本発明のパワーモジュール用基板の製造装置によれば、支持板及び第１の金属板の一つのコーナー部をベース板から立設しているコーナー位置決め部の内向き基準面により位置決めし、位置決め治具を支持板又はコーナー位置決め部に当接させて、この内向き基準面に対して位置決めし、この状態で、基板位置決め部にセラミックス基板のコーナー部を位置決めするとともに、金属板位置決め部に第２の金属板のコーナー部を位置決めすることにより、第１の金属板にセラミックス基板及び第２の金属板を位置決めされた状態に積層することができる。この場合、コーナー位置決め部の内向き基準面が第１の金属板のみを当接させて位置決めする構成とすると、第１の金属板が薄肉である場合には、内向き基準面の高さも小さくなるので、これらを当接状態とすることが難しく、重なりが生じ易いが、内向き基準面に支持板と第１の金属板との両方を当接させて位置決めする構成としたことにより、この内向き基準面としては十分な高さを確保することができ、第１の金属板が薄肉であっても、内向き基準面に確実に当接状態とすることができ、その位置決めを正確に行うことができる。
そして、両金属板及びセラミックス基板を位置決め状態に積層した後、支持板をコーナー位置決め部の内向き基準面から離間する方向に移動することにより、積層状態のセラミックス基板及び両金属板を支持板により一体に取り扱うことができ、正確な位置決め状態で接合することができる。

本発明のパワーモジュール用基板の製造装置において、前記支持板には、前記コーナー位置決め部の内向き基準面に当接するコーナー部とは対角方向のコーナー部にコーナー基準面が形成され、前記位置決め治具のコーナー基準受け面は、前記支持板のコーナー基準面に当接するとよい。
支持板のコーナー基準面に位置決め治具のコーナー基準受け面を当接する作業が、支持板をコーナー位置決め部の内向き基準面に押圧する方向となるので、この内向き基準面に当接している支持板に位置ずれを生じさせることがなく、位置決め作業を正確に行うことができる。

本発明のパワーモジュール用基板の製造装置において、前記コーナー位置決め部は、複数本並べて立設されたガイド柱により構成されるとともに、前記内向き基準面は前記ガイド柱の側面の内側に接する仮想平面により形成され、前記支持板には、前記ガイド柱を前記コーナー位置決め部への前記支持板の当接方向に沿って移動自在に挿入する貫通孔が形成されているものとしてもよい。

コーナー位置決め部をガイド柱により構成し、支持板に貫通孔を形成したので、支持板の平面積を金属板及びセラミックス基板よりも十分に大きいものとすることができ、この支持板の上に載置した両金属板及びセラミックス基板を支持板ごと取り扱うことが容易になる。この場合、支持板の貫通孔にガイド柱が移動自在に挿入されるようにしたので、両金属板及びセラミックス基板の位置決め後に、支持板を貫通孔に沿って移動して、ガイド柱に当接している支持板及び第１の金属板をガイド柱から離間させた後に引き抜けば、第１の金属板がガイド柱に引きずられて位置ずれを発生させることはない。

本発明のパワーモジュール用基板の製造装置において、前記コーナー位置決め部には、前記内向き基準面に平行な外向き基準面が形成され、前記位置決め治具のコーナー基準受け面は、前記コーナー位置決め部の外向き基準面に当接するものとしてもよい。

本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、平面視矩形状のセラミックス基板の両面に該セラミックス基板よりも平面積の小さい平面視矩形状の第１の金属板及び第２の金属板をそれぞれ積層する積層工程と、これらを積層状態で接合する接合工程とを有するパワーモジュール用基板の製造方法であって、前記積層工程は、直角に配置された内向き基準面を有するコーナー位置決め部が立設されたベース板と、該ベース板上に載置される支持板と、該支持板上に載置した前記第１の金属板に対して前記セラミックス基板を位置決めする基板位置決め部及び前記第２の金属板を位置決めする金属板位置決め部を有する位置決め治具とを用い、前記ベース板上に、前記支持板及び前記第１の金属板を順次積層するとともに、これら支持板及び第１の金属板の一つのコーナー部を前記内向き基準面に当接させ、前記第１の金属板の上にセラミックス基板及び前記第２の金属板を順次積層し、前記コーナー位置決め部又は前記支持板に前記位置決め治具を当接させることにより、該位置決め治具を前記内向き基準面に対して位置決めし、該位置決め治具の前記基板位置決め部に前記セラミックス基板の一つのコーナー部を当接させ、前記位置決め治具の前記金属板位置決め部に前記第２の金属板の一つのコーナー部を当接させて、これらセラミックス基板及び第２の金属板を前記第１の金属板に対して位置決めすることを特徴とする。

本発明のパワーモジュール用基板の製造方法によれば、積層工程において、ベース板上に、支持板及び第１の金属板を積層するとともに、これら支持板及び第１の金属板の一つのコーナー部を内向き基準面に当接させ、さらに、この内向き基準面に対して位置決めされた位置決め治具の基板位置決め部にセラミックス基板の一つのコーナー部を当接させるとともに、位置決め治具の金属板位置決め部に第２の金属板の一つのコーナー部を当接させることによって、第１の金属板、セラミックス基板及び第２の金属板を正確に位置決めすることができる。
また、両金属板及びセラミックス基板を位置決め状態に積層した後、支持板をコーナー位置決め部の内向き基準面から離間する方向に移動することにより、積層状態のセラミックス基板及び両金属板を支持板により一体に取り扱うことができ、正確な位置決め状態で接合することができる。

本発明によれば、コーナー位置決め部の内向き基準面に支持板と第１の金属板との両方を当接させて位置決めするようにしたから、内向き基準面として十分な高さを確保することができ、第１の金属板が薄肉であっても、これを確実に当接状態として位置決めすることができ、両金属板及びセラミックス基板が正確に位置決めされたパワーモジュール用基板を製造することができる。

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す縦断面図である。 本発明の一実施形態であるパワーモジュール用基板の製造装置に用いられるベース板を示す（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。 図２のベース板に支持板を載置した状態を示す（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。 一実施形態の製造装置に用いられる基板用治具の（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。 一実施形態の製造装置に用いられる金属板用治具の（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。 図３に示す状態から支持板上に第１の金属板を載置した状態を示す（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。 図６に示す状態から支持板に基板用治具を当接して、セラミックス基板を位置決めした状態を示す（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。 図７に示す状態から基板用治具に金属板用治具を当接して、第２の金属板を位置決めした状態を示す（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。 図８に示す状態から支持板ごと金属板及びセラミックス基板の積層体を取り外した状態を示す（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。 本発明の他の実施形態の製造装置の要部を示しており、ガイド柱に基板用治具を当接して、セラミックス基板を位置決めした状態を示す（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明により製造されるパワーモジュール用基板３を適用したパワーモジュール１を示している。この図１のパワーモジュール１は、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とから構成される。このパワーモジュール用基板３は、一般的には、その裏面にヒートシンク５を接合して用いられる。

パワーモジュール用基板３は、セラミックス基板２の両面に金属板６，７が積層されており、その一方の金属板（第１の金属板）６が回路層となり、その表面にはんだ層（図示略）を介して電子部品４が接合される。また、他方の金属板（第２の金属板）７は放熱層とされ、その表面にヒートシンク５が取り付けられる。セラミックス基板２、両金属板６，７とも平面視矩形状に形成されるが、セラミックス基板２よりも両金属板６，７の平面積が小さく設定されている。本実施形態では、両金属板６，７は同じ平面積の矩形状に形成されている。

セラミックス基板２は、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、もしくはＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスにより形成され、金属板６，７は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅又は銅合金が用いられる。アルミニウムの場合、純度９９．００質量％以上のアルミニウム（２Ｎアルミニウム）が用いられる。望ましくは純度９９．９０質量％以上のアルミニウムが用いられ、ＪＩＳ規格では、１Ｎ９０（純度９９．９０質量％以上：いわゆる３Ｎアルミニウム）又は１Ｎ９９（純度９９．９９質量％以上：いわゆる４Ｎアルミニウム）を用いることができる。このパワーモジュール用基板３は、放熱層を形成する金属板（放熱層用金属板）７には、緩衝機能を持たせるため、回路層を形成する金属板（回路層用金属板）６よりも肉厚に形成されたものが用いられている。回路層用金属板６はセラミックス基板２よりわずかに薄く形成される。
また、セラミックス基板２と回路層及び放熱層となる金属板６，７とは、金属板６，７がアルミニウム又はアルミニウム合金の場合、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｇｅ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｇ系またはＡｌ−Ｍｎ系等のろう材によりろう付けされている。また、金属板６，７が銅又は銅合金の場合、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系等のろう材を用いることができる。

なお、回路層用金属板６と電子部品４との接合には、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系，Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｚｎ−Ａｌ系もしくはＰｂ−Ｓｎ系等のはんだ材が用いられる。また、電子部品４と回路層用金属板６の端子部との間は、例えばアルミニウム等からなるボンディングワイヤ（図示略）により接続される。
一方、ヒートシンク５は、その形状等は特に限定されないが、アルミニウム合金の押し出し成形によって形成され、その長さ方向に沿って冷却水を流通させるための多数の流路５ａが形成されている。また、アルミニウム、アルミニウム合金、銅又は銅合金から構成される放熱板、緩衝板などの放熱部材を介してヒートシンク５に接合することもできる。

放熱層用金属板７とヒートシンク５との間の接合法としては、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｇｅ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｇ系またはＡｌ−Ｍｎ系等の合金のろう材によるろう付け法や、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材にフラックスを用いたノコロックろう付け法、金属板７およびヒートシンク５にＮｉめっきを施し、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｚｎ−Ａｌ系もしくはＰｂ−Ｓｎ系等のはんだ材によりはんだ付けする方法が用いられ、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。

次に、このパワーモジュール１に用いられているパワーモジュール用基板３の製造装置の一実施形態について説明する。
パワーモジュール用基板３の製造は、セラミックス基板２及び両金属板６，７を成形する成形工程と、セラミックス基板２の両面に金属板６，７を位置決めして積層する積層工程と、その積層状態のパワーモジュール用基板３を加熱して接合する接合工程とに分けられる。

このうち、成形工程においては、セラミックス基板２はドクターブレード法等の公知の方法により製造することができ、金属板６，７はプレス加工により打ち抜き成形され、これら成形工程に用いられる装置も公知のものを使用することができる。なお、金属板６，７はその片面にろう材箔が貼付された状態で打ち抜かれる。
また、接合工程において使用される接合装置も、積層工程で積層状態とされたパワーモジュール用基板３を、真空又はガス雰囲気中で厚さ方向に加圧した状態で所望温度まで加熱する装置を用いることができる。

図２〜図５は、本発明の製造装置の一実施形態である積層装置を示しており、図６〜図９はその積層装置を使用して両金属板６，７及びセラミックス基板２を位置決めしながら積層している状態を工程順に示したものである。
この積層装置は、回路層用金属板６の上にセラミックス基板２、放熱層用金属板７を順次位置決めしながら重ねるものであり、ベース板１２と、該ベース板１２上に載置される支持板１３と、該支持板１３上に載置した回路層用金属板６に対してセラミックス基板２及び放熱層用金属板７を位置決めする位置決め治具１４とを備えている。

ベース板１２は、平面視ではセラミックス基板２よりも平面積が大きいほぼ矩形状をなしており、図２に全体を示すように、平面積の異なる２枚の板を積み重ねた形状に形成され、その四隅を切り欠いてなる切欠部１５が形成され、上面が支持板１３を載置するための載置基準面１６とされている。また、その載置基準面１６上には、図２（ａ）にＡで示す一つのコーナー部の両辺に沿って２本ずつ並んだ状態でガイド柱１７が立設されている。これらガイド柱１７が本発明のコーナー位置決め部を構成している。
各ガイド柱１７はいずれも同じ外径、高さの円柱状に形成され、２本ずつ並んで立設されていることにより、図２（ａ）の二点鎖線で示すように、これらガイド柱１７の側面の内側に接する仮想平面が直角に屈曲した状態に形成され、この仮想平面により、後述するように支持板１３及び回路層用金属板６のコーナー部を位置決めするための内向き基準面１８を構成している。
なお、図２（ａ）には、内向き基準面１８とは別にガイド柱１７の外側にも直角に屈曲した仮想平面が形成され、符号４１が付されているが、後述の他の実施形態において説明する。

支持板１３は、カーボンにより、セラミックス基板２より平面積が大きく、ベース板１２の基準面１６と縦横の寸法がほぼ同じで、四隅が直角で表裏面が平行な平板状に形成されており、ベース板１２の載置基準面１６に重ねたときにベース板１２の切欠部１５に四隅部が配置されるようになっている。また、ベース板１２のガイド柱１７を挿入する貫通孔１９が一つのコーナー部の両辺に沿って２個ずつ並んで形成されている。これら貫通孔１９は、ガイド柱１７の外径より大きく形成されるが、図３（ａ）の矢印Ｘで示すようにガイド柱１７の側面により形成される内向き基準面１８に向けて支持板１３を押圧することにより、各ガイド柱１７の背部に押圧方向に沿う隙間ｇが形成される大きさに設定され、この隙間ｇの分、ガイド柱１７に対して押圧方向に沿って移動自在とされる。また、２個ずつ並ぶ貫通孔１９の内側の接線は、ガイド柱１７による内向き基準面１８に一致するように、直角に屈曲した状態に形成されている。本発明では、この貫通孔１９の内側の接線により図３（ａ）にＢで示す直角に形成される部位をも支持板１３のコーナー部と称している。

そして、この支持板１３の上面が、回路層用金属板６を載置するための載置基準面２３とされるとともに、貫通孔１９によるコーナー部Ｂとは対角上に配置されるコーナー部Ｃの二辺が、後述する位置決め治具１４の基板用治具２２を位置決めするためのコーナー基準面２４とされている。なお、支持板１３の厚さはガイド柱１７の突出高さよりわずかに小さく形成され、ガイド柱１７を挿入状態としてベース板１２に重ねられたときに、図３（ｂ）に示すように、ガイド柱１７の頭部が支持板１３の上方にわずかに突出するようになっている。また、後述するように、ガイド柱１７の高さは、支持板１３の上に回路層用金属板６を積層したときの積層厚さより小さい高さに設定される。

位置決め治具１４は、この実施形態では、セラミックス基板２を位置決めするための基板用治具２２と、放熱層用金属板７を位置決めするための金属板用治具２５との二つの治具を組み合わせることにより構成されている（図８参照）。図４に基板用治具２２、図５に金属板用治具２５をそれぞれ示したように、いずれも、Ｌ字形に屈曲形成されており、その内側部に、直角に配置された二辺を構成するコーナー基準受け面２６，２７と、コーナー基準受け面２６，２７に平行で同じく直角に配置された二辺を構成するコーナー位置決め面３０，３１とが形成されている。
基板用治具２２のコーナー基準受け面２６は、後述するように、支持板１３のコーナー基準面２４に当接されるものであり、コーナー位置決め面３０は、セラミックス基板２のコーナー部を当接させるものである。また、二つのコーナー基準受け面２６に直角に交差するように上側基準受け面３３が形成され、この上側基準受け面３３を支持板１３の基準面２３に被せるように当接させた状態で、両コーナー基準受け面２６を支持板１３のコーナー基準面２４に当接するようになっている。また、この基板用治具２２の外側部に直角配置で形成される二辺は金属板用治具２５の位置決めのためのコーナー基準面２８とされ、その上面は上側基準面２９とされている。
金属板用治具２５には、二つのコーナー基準受け面２７に直角に交差する上側基準受け面３２が形成されており、後述するように、この金属板用治具２５のコーナー基準受け面２７及び上側基準受け面３２は、基板用治具２２のコーナー基準面２８及び上側基準面２９にそれぞれ当接され、コーナー位置決め面３１に放熱層用金属板７のコーナー部が当接される。

そして、基板用治具２２は、そのコーナー基準受け面２６を支持板１３のコーナー部Ｃのコーナー基準面２４に当接させた状態とし、そのコーナー位置決め面３０にセラミックス基板２の一つのコーナー部の二辺を当接させて位置決めするようになっている。また、金属板用治具２５は、このようにしてセラミックス基板２を位置決めした基板用治具２２のコーナー基準面２８及び上側基準面２９に自身のコーナー基準受け面２７及び上側基準受け面３２を当接させた状態で、そのコーナー位置決め面３１に放熱層用金属板７の一つのコーナー部の二辺を当接させて位置決めするようになっている。なお、両コーナー位置決め面３０，３１は、必ずしも面により構成されていなくてもよく、ガイド柱１７のように複数並べたピンの側面により構成されるものであってもよい。基板用治具２２のコーナー位置決め面３０が本発明の基板用位置決め部、金属板用治具２５のコーナー位置決め面３１が本発明の金属板用位置決め部を構成している。
なお、これら位置決め治具２２，２５には、支持板１３、セラミックス基板２又は金属板６，７のコーナー部に当接させたときに、該コーナー部の先端部との干渉を避けるために先端部を臨ませる逃げ部３５や切り落し部３６が形成されている。

次に、このように構成した製造装置（積層装置）を使用して、パワーモジュール用基板３を製造する方法について説明する。
図３に示すようにベース板１２の載置基準面１６上に支持板１３を載置する。このとき、ガイド柱１７に支持板１３の貫通孔１９を挿入状態とし、この貫通孔１９により形成される支持板１３のコーナー部Ｂを矢印Ｘで示すようにガイド柱１７（により形成される内向き基準面１８）に押圧する方向に寄せた状態とする。
そして、この支持板１３の載置基準面２３上に回路層用金属板６を載置する。このとき、支持板１３の貫通孔１９から突出しているガイド柱１７の頭部に回路層用金属板６のコーナー部の二辺を当接させることにより、これらガイド柱１７により構成される内向き基準面１８に回路層用金属板６のコーナー部を一致させ、支持板１３と同様に、図６の矢印Ｘで示すようにガイド柱１７を押圧する方向に寄せた状態とする。なお、回路層用金属板６は、ろう材箔が貼付されている面を上面に配置する。

次に、図７に示すように、ガイド柱１７に当接しているコーナー部に対して対角上に配置される支持板１３のコーナー部Ｃのコーナー基準面２４に基板用治具２２のコーナー基準受け面２６を当接する。この操作は、ガイド柱１７に当接している支持板１３のコーナー部Ｂ（図３参照）とは対角上に配置されているコーナー部Ｃを図３及び図６の矢印方向に押圧する操作となるので、既に位置決めした支持板１３及び回路層用金属板６の位置ずれを生じることはない。
そして、その基板用治具２２のコーナー位置決め面３０にセラミックス基板２のコーナー部を当接させる。この場合、ガイド柱１７は、支持板１３と回路層用金属板６との総厚さよりも小さい高さに設定されているので、回路層用金属板６よりも平面積の大きいセラミックス基板２を重ねたときに、図７（ｂ）に示すように、ガイド柱１７の上端よりも上方にセラミックス基板２が配置され、ガイド柱１７に干渉を受けることはない。

次に、基板用治具２２のコーナー基準面２８及び上側基準面２９にコーナー基準受け面２７及び上側基準受け面３２を当接させた状態で金属板用治具２５を基板用治具２２の上に重ね合わせ、この金属板用治具２５のコーナー位置決め面３１に図８に示すように放熱層用金属板７のコーナー部の二辺を当接させた状態として、セラミックス基板２の上に放熱層用金属板７を重ねる。このとき、放熱層用金属板７のろう材箔が貼付されている面をセラミックス基板２の上面に接触させるように重ね合わせる。

このようにして、支持板１３の上に、ガイド柱１７と位置決め用治具１４とにより位置決めしながら、回路層用金属板６、セラミックス基板２、放熱層用金属板７を順次重ね合わせることにより、これらを位置決めした状態で積層することができる。
この場合、ガイド柱１７により形成される内向き基準面１８が支持板１３と回路層用金属板６との両方を当接させる高さを有しているので、回路層用金属板６が薄肉であっても、これを内向き基準面１８に確実に当接させて正確に位置決めすることができる。近年では、回路層用金属板６として例えば０．４ｍｍ程度の厚さまで薄肉化しており、この回路層用金属板６のみを当接させて位置決めする構成とすると、内向き基準面の高さも小さくなって、これらを当接状態とすることが難しく、重なりが生じ易い。本実施形態のように支持板１３と回路層用金属板６との両方を当接させることにより、内向き基準面１８の高さを十分に確保することができ、位置決めを正確に行うことができる。

そして、このように位置決めして積層した後、位置決め治具１４を取り外し、支持板１３を貫通孔１９内の隙間ｇの範囲で図３及び図６の矢印方向とは逆方向に移動することにより、ガイド柱１７から支持板１３及び回路層用金属板６を離間させて、これらの当接状態を解除した後、ベース板１２の切欠部１５に配置されている支持板１３の四隅部を持ち上げて、支持板１３ごと金属板６，７及びセラミックス基板２を移送する。この場合、支持板１３の貫通孔１９をガイド柱１７より大きく形成したので、支持板１３を移動してガイド柱１７に当接している支持板１３及び回路層用金属板６をガイド柱１７から離間させることにより、支持板１３を持ち上げたときに、回路層用金属板６がガイド柱１７に引きずられて位置ずれが生じることはなく、両金属板６，７及びセラミックス基板２を正確に位置決めした状態で取り扱うことができる。
図９に示すとおり、ベース板１２から支持板１３を持ち上げることによって、支持板１３上に金属板６、セラミックス基板２及び金属板７が位置決めされた状態で積層されることになる。
次に、支持板１３ごと金属板６，７及びセラミックス基板２を接合装置に設置し、上方から加圧した状態とし、加熱炉内で所定温度まで加熱して冷却することにより、ろう材箔が溶融してセラミックス基板２の両面に金属板６，７が接合されたパワーモジュール用基板３が製造される。この場合、支持板１３上に積層された金属板６，７及びセラミックス基板２を複数積層させることによって、一度に複数個のパワーモジュール用基板の接合を行うこともできる。

図１０は、本発明の製造装置の他の実施形態を示しており、前述の一実施形態においては図７に示す状態に相当する。
この実施形態でも、一実施形態におけるベース板１２及び支持板１３がそのまま用いられるが、このベース板１２に立設されているガイド柱１７は、同じ外径、高さに形成されていることにより、その内向き基準面１８とは別に、図２に示すように側面の外側に接する仮想平面により、直角に屈曲した外向き基準面４１が形成されている。
そこで、この実施形態では、位置決め治具のうち、基板用治具４２のコーナー基準受け面４３を支持板１３のコーナー部Ｃではなく、ガイド柱１７の外側（図２に示す外向き基準面４１）に当接させた状態として、そのコーナー位置決め面３０にセラミックス基板２のコーナー部を当接状態に位置決めするようにしたものである。
この基板用治具４２に金属板用治具が重ねられる点等、他の構成は前述の一実施形態の装置と同様であり、共通部分には同一符号を付する。

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。
支持板にガイド柱を挿入する貫通孔を形成したが、内向き基準面に沿うコーナー部を形成したものでもよい。その場合は、ガイド柱を挿入する操作は不要であるから、ベース板の載置基準面に沿って支持板を滑らせながらガイド柱の内側（内向き基準面）に当接すればよい。
また、複数のガイド柱により内向き基準面を有するコーナー位置決め部を構成したが、必ずしも複数のガイド柱でなくとも、Ｌ字状に屈曲したブロック状のコーナー位置決め部としてもよい。
さらに、金属板６，７とセラミックス基板２との接合はろう付けを用いて説明したが、これに限られるものではない。例えば、セラミックス基板と金属板との接合は、ＴＬＰ接合法（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）と称される過渡液相接合法によって接合してもよい。この過渡液相接合法においては、金属板の表面に蒸着させた銅層を、金属板とセラミックス基板及びヒートシンクとの界面に介在させて行う。加熱により、金属板のアルミニウム中に銅が拡散し、金属板の銅層近傍の銅濃度が上昇して融点が低下し、アルミニウムと銅との共晶域にて接合界面に金属液相が形成される。この金属液相が形成された状態で温度を一定に保持しておくと、金属液相がセラミックス基板又はヒートシンクと反応するとともに、銅がさらにアルミニウム中に拡散することに伴い、金属液相中の銅濃度が徐々に低下して融点が上昇し、温度を一定に保持した状態で凝固が進行する。これにより、金属板とセラミックス基板及びヒートシンクとの強固な接合が得られる。

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 回路層用金属板（第１の金属板）
７ 放熱層用金属板（第２の金属板）
１２ ベース板
１３ 支持板
１４ 位置決め用治具
１５ 切欠部
１６ 載置基準面
１７ ガイド柱（コーナー位置決め部）
１８ 内向き基準面
１９ 貫通孔
２１ コーナー部
２２ 基板用治具
２３ 載置基準面
２４ コーナー基準面
２５ 金属板用治具
２６，２７ コーナー基準受け面
２８ コーナー基準面
２９ 上側基準面
３０ コーナー位置決め面（基板用位置決め部）
３１ コーナー位置決め面（金属板用位置決め部）
３２ 上側基準受け面
３３ 上側基準受け面
３５ 逃げ部
３６ 切り落し部
４１ 外向き基準面
４２ 基板用治具
４３ コーナー基準受け面
ｇ 隙間

Claims (5)

1. 平面視矩形状のセラミックス基板の両面に該セラミックス基板よりも平面積の小さい平面視矩形状の第１の金属板及び第２の金属板がそれぞれ積層状態に接合されてなるパワーモジュール用基板を製造する装置であって、ベース板と、該ベース板上に載置される支持板と、該支持板上に載置した前記第１の金属板に対して前記セラミックス基板及び前記第２の金属板を位置決めする位置決め治具とを備えるとともに、前記ベース板上に、前記支持板及び前記第１の金属板の一つのコーナー部を位置決めするコーナー位置決め部が立設されるとともに、該コーナー位置決め部には、前記コーナー部を当接させるように直角に配置された内向き基準面が形成され、該内向き基準面の高さは、前記支持板の厚さより大きくかつ前記支持板と前記第１の金属板との積層厚さより小さく形成され、前記位置決め治具には、前記支持板又は前記コーナー位置決め部に当接して前記内向き基準面に対して位置決めされるコーナー基準受け面と、前記第１の金属板上に重ねた前記セラミックス基板の一つのコーナー部を当接させる基板位置決め部と、前記セラミックス基板上に重ねた前記第２の金属板の一つのコーナー部を当接させる金属板位置決め部とが形成されていることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造装置。
2. 前記支持板には、前記コーナー位置決め部の内向き基準面に当接するコーナー部とは対角方向のコーナー部にコーナー基準面が形成され、前記位置決め治具のコーナー基準受け面は、前記支持板のコーナー基準面に当接するものであ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の製造装置。
3. 前記コーナー位置決め部は、複数本並べて立設されたガイド柱により構成されるとともに、前記内向き基準面は前記ガイド柱の側面の内側に接する仮想平面により形成され、前記支持板には、前記ガイド柱を前記コーナー位置決め部への前記支持板の当接方向に沿って移動自在に挿入する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のパワーモジュール用基板の製造装置。
4. 前記コーナー位置決め部には、前記内向き基準面に平行な外向き基準面が形成され、前記位置決め治具のコーナー基準受け面は、前記コーナー位置決め部の外向き基準面に当接するものであ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の製造装置。
5. 平面視矩形状のセラミックス基板の両面に該セラミックス基板よりも平面積の小さい平面視矩形状の第１の金属板及び第２の金属板をそれぞれ積層する積層工程と、これらを積層状態で接合する接合工程とを有するパワーモジュール用基板の製造方法であって、
   前記積層工程は、直角に配置された内向き基準面を有するコーナー位置決め部が立設されたベース板と、該ベース板上に載置される支持板と、該支持板上に載置した前記第１の金属板に対して前記セラミックス基板を位置決めする基板位置決め部及び前記第２の金属板を位置決めする金属板位置決め部を有する位置決め治具とを用い、
   前記ベース板上に、前記支持板及び前記第１の金属板を順次積層するとともに、これら支持板及び第１の金属板の一つのコーナー部を前記内向き基準面に当接させ、前記第１の金属板の上にセラミックス基板及び前記第２の金属板を順次積層し、前記コーナー位置決め部又は前記支持板に前記位置決め治具を当接させることにより、該位置決め治具を前記内向き基準面に対して位置決めし、該位置決め治具の前記基板位置決め部に前記セラミックス基板の一つのコーナー部を当接させ、前記位置決め治具の前記金属板位置決め部に前記第２の金属板の一つのコーナー部を当接させて、これらセラミックス基板及び第２の金属板を前記第１の金属板に対して位置決め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。
   

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