JP2014204031A - パワーモジュール製造用セラミックス原板及びパワーモジュール製造用積層基板 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2では、第1固定部の端縁を基板(セラミックス板)の分割溝に一致させて、第2固定部との間に基板を挟持し、分割溝を境界とした第1固定部の反対側において、基板を分割溝に沿って押圧することにより、基板を折り曲げて分割する装置が開示されている。
この場合、基板形成領域と外枠領域とを分割する際に、同時にセラミックス基板の外周縁の面取り形状を形成することができ、工程処理を簡略化させることができる。
また、本発明のパワーモジュール製造用積層基板において、前記面取形成領域に前記金属層と同じ金属板からなる面取用金属層が設けられ、該面取用金属層の側縁は、前記面取形成領域と前記基板形成領域との間の分割溝に沿って配置されているとよい。
さらに、面取用金属層の側縁を面取形成領域と基板形成領域との間の分割溝に沿って配置したことから、面取形成部の分割時に大きな衝撃が加わることを防止でき、クラックや欠損部等の発生を抑制することができる。
外枠用金属層を形成することにより、外枠形成領域を補強して剛性を高めることができることから、外枠形成領域と基板形成領域とを分割溝に沿って容易に分割することができる。この場合も、外枠用金属層の側縁が、外枠領域と基板形成領域との間の分割溝に沿って配置されていることから、分割の際に分割溝に生じるクラックや欠損部等の発生を抑制することができる。
図3は、本発明の第1実施形態のパワーモジュール製造用セラミックス原板及び積層基板により製造されるパワーモジュール用基板3を用いたパワーモジュール1を示している。この図3のパワーモジュール1は、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、裏面に取り付けられたヒートシンク5とから構成される。
パワーモジュール製造用積層基板30は、四角形の四隅を面取りした外形形状を有するセラミックス基板2を複数形成するための分割溝21が形成されたものであり、図1及び図2に示すように、予めセラミックス基板2の外形形状に沿って分割溝21が形成された矩形状のパワーモジュール製造用セラミックス原板20Pの少なくとも一方の面に金属板を接合し、その金属板をエッチングすることにより、金属層が形成された積層基板である。図1及び図2に示す本実施形態のパワーモジュール製造用積層基板30においては、パワーモジュール製造用セラミックス原板20Pの両面に金属層6,7が形成されている。
そして、パワーモジュール製造用積層基板30を構成するセラミックス原板20Pには、分割溝21よって、パワーモジュール用基板3を構成するセラミックス基板2の外形形状の大きさに区画された4つの基板形成領域22が縦横に2つずつ整列して形成されるとともに、それら4つの基板形成領域22の周囲に配置される外枠領域24が形成されている。
なお、これら分割溝21は、セラミックス原板20Pの金属層6側に配置される表面に形成されており、金属層6,7は、分割溝21により区画された4つの領域22に、それぞれ設けられている。
また、金属層6,7は、純度99.00質量%以上のアルミニウム(いわゆる2Nアルミニウム)により形成されている。特に、純度99.90質量%以上のアルミニウムが望ましく、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。なお、金属層6,7には、アルミニウムの他、アルミニウム合金、銅及び銅合金を用いることもできる。
また、セラミックス原板20Pと金属層6,7との接合は、ろう付け以外にも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、金属層の表面に蒸着させた銅層を、金属層とセラミックス原板との界面に介在させて行う。加熱により、金属層のアルミニウム中に銅が拡散し、金属層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原板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、金属層とセラミックス原板との強固な接合が得られる。
また、セラミックス原板と銅製の金属層とを、活性金属ろう材を用いて接合する方法を採用することもできる。例えば、活性金属であるTiを含む活性金属ろう材(Ag‐27.4質量%Cu‐2.0質量%Ti)を用い、銅製の金属層とセラミックス原板との積層体を加圧した状態のまま真空中で加熱し、活性金属であるTiをセラミックス原板に優先的に拡散させて、Ag‐Cu合金を介して金属層とセラミックス原板とを接合できる。
また、ヒートシンク5は、平板状のもの、熱間鍛造等によって多数のピン状フィンを一体に形成したもの、押出成形によって相互に平行な帯状フィンを一体に形成したもの等、適宜の形状のものを採用することができる。
図5から図7に示すパワーモジュール用基板の製造装置100は、図8に示すように、パワーモジュール製造用積層基板30を構成するセラミックス原板20Pの外周部の外枠領域24を外枠分割溝21D〜21Gに沿って予め除去したパワーモジュール製造用積層基板31を、十字形分割溝21A,21Bと中央分割溝21Cとから分割して、中央分割溝21Cにより面取りされた4個のパワーモジュール用基板3を製造する装置である。
なお、パワーモジュール製造用積層基板30の外枠領域24は、図9に示すように、まず外枠領域24Aを分割した後(図9(a))、さらに外枠領域24Bを分割することにより除去され(図9(b))、外枠領域24と一体に区画された面取形成領域26を、外枠領域24A,24Bの分割と同時にパワーモジュール製造用積層基板から分離して、図8に示すように、パワーモジュール製造用積層基板31の外周面に面取り形状16を形成することができる。
これら両分割刃60A,60Bの刃先は、十字形分割溝21A,21Bに沿って当接するように、中央部を除いて形成されている。また、第1分割刃60Aの刃先は、両端から中央に向けて傾斜して設けられており、その刃先の中央部側が、最も下方に突出して形成されている。また、第2分割刃60Bの刃先は、水平に形成されている。そして、これら両分割刃60A,60Bは、第1分割刃60Aの刃先の中央部側が第2分割刃60Bの刃先の両端部よりも下方に突出して設けられており、第2分割刃60Bの刃先の両端部から第1分割刃60Aの刃先の中央部側にかけての突出高さh1が、第1分割刃60Aによるセラミックス原板20(パワーモジュール製造用積層基板31)の最大たわみ量以下に設定されている。したがって、分割刃60は、第1分割刃60Aの刃先の中央部側が押圧面20bに当接してからセラミックス原板20が分割されるまでの間、すなわちセラミックス原板20にたわみが生じている間に第2分割刃60Bの刃先の両端部が押圧面20bに当接するように構成されている。
まず、図5から図7に示すように、パワーモジュール製造用積層基板31を支持部材40の載置面41上に載置する。この際、セラミックス原板20は、分割溝21が形成された分割溝形成面20aを下方に向けるとともに、側面をガイド枠50の内側面51,52に突き当てた状態で載置する。この状態で、セラミックス原板20の押圧面20bに、縦横それぞれの十字形分割溝21A,21Bに沿って設けられた分割刃60を押し当てることにより、セラミックス原板20が十字形分割溝21A,21Bから分割される。このとき、分割刃60は、図10(a)に示すように、一方の十字形分割溝21Aに沿って設けられた第1分割刃60Aを押圧面20bに当接させた後、第1分割刃60Aが当接してからセラミックス原板20が分割されるまでの間に、他方の十字形分割溝21Bに沿って設けられた第2分割刃60Bを押し当てる構成とされており、それぞれの各分割刃60A,60Bにより十字形分割溝21A,21Bを順番に折り曲げて押し割ることができる。
そして、角取刃70の先端部は、分割基板29が形成された後、他方の十字形分割溝21Bが完全に分割されるまでの間に、第2分割刃60Bとは反対側からセラミックス原板20の中央部(領域23)に当接する。このとき、図10(b)に示すように、第2分割刃60Bと角取刃70とは、中央分割溝21Cを境界として、互いにセラミックス原板20の異なる面側に当接することになる。これにより、分割基板29Aを、第2分割刃60Bの押圧に伴って中央分割溝21Cから、その中央分割溝21Cを広げる方向に折り曲げて分割させることができる。
したがって、分割基板29Aは、他方の十字形分割溝21Bから分割されるとともに、中央部分割溝21Cからも分割され、中央部(領域23)が除去された状態でパワーモジュール用基板3が形成される。
図13及び図14は、本発明の第2実施形態のパワーモジュール製造用積層基板を示している。
このパワーモジュール製造用積層基板31は、四角形の四隅を面取りした外形形状を有するセラミックス基板2を複数形成するための分割溝21が形成されたものであり、予めセラミックス基板2の外形形状に沿って分割溝21が形成された矩形状のセラミックス原板20Pの両面に金属板を接合し、その金属板をエッチングすることにより、金属層6,7,71〜73が形成された積層基板である。
そして、パワーモジュール製造用積層基板31を構成するセラミックス原板20Pには、図14に示すように、分割溝21によって、パワーモジュール用基板3を構成するセラミックス基板2の外形形状の大きさに区画された4つの基板形成領域22が縦横に2つずつ整列して形成されるとともに、それら4つの基板形成領域22の周囲に配置される外枠領域24が形成されている。
また、外枠領域24及び中央領域25に設けられた金属層71〜73の側縁は、図14に示すように、外枠分割溝21D〜21Gに沿って配置されている。そのため、分割の際に基板に大きな衝撃が加わることを防止することができ、分割溝に生じるクラックや欠損部等の発生をより確実に防ぐことができる。
なお、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。
例えば、上記実施形態では、パワーモジュール製造用積層基板の外枠領域を4つに区画した領域24A,24Bを形成していたが、図12に示すパワーモジュール製造用積層基板80のように、十字形分割溝21A,21Bをセラミックス原板20Pの外周縁まで延長した分割溝を形成することによって、外枠領域24を4つ以上に区画してもよい。この場合、外枠領域は8つに区画されており、外枠領域24を除去する前に、十字形分割溝21A,21Bから分割して4つのセラミックス基板を形成しておき、個々のセラミックス基板に連結状態となっている外枠領域24を除去する工程としてもよい。
また、上記実施形態では、面取形成領域、外枠領域又は中央領域の金属層を、セラミックス原板の一方の面だけに設ける構成としていたが、金属層をセラミックス原板の両面に設ける構成としてもよい。
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 金属層(回路層)
7 金属層(放熱層)
8 はんだ接合層
16 面取り形状
20,20P セラミックス原板
20a 分割溝形成面
20b 押圧面
21,21A〜21G 分割溝
22 基板形成領域
23 中央領域
24,24A,24B 外枠領域
26,26a,26b 面取形成領域
29,29A,29B 分割基板
30,31,80 パワーモジュール製造用積層基板
40 支持部材
41 載置面
50 ガイド枠
51,52 内側面
60 分割刃
60A 第1分割刃
60B 第2分割刃
70 角取刃
100 パワーモジュール用基板の製造装置
Claims (5)
- 少なくとも一方の面に矩形状の四隅が面取りされたセラミックス基板を複数形成するための分割溝が形成されたパワーモジュール製造用セラミックス原板であって、前記分割溝により、前記セラミックス基板の外形形状の大きさに区画された基板形成領域と、該基板形成領域の四隅に配置される面取形成領域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製造用セラミックス原板。
- 前記基板形成領域の周囲に配置される外枠領域を有しており、前記分割溝は前記基板体形成領域と前記外枠領域とを隔てる外枠分割溝を有し、前記外枠分割溝は前記基板形成領域の四隅に配置される前記面取形成領域を前記外枠領域と一体に区画する面取り形成溝を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製造用セラミックス原板。
- 請求項1又は2に記載の前記パワーモジュール製造用セラミックス原板の少なくとも一方の面に金属層を接合したパワーモジュール製造用積層基板であって、前記金属層は、前記分割溝によって区画される各領域に設けられていることを特徴とするパワーモジュール製造用積層基板。
- 前記面取形成領域に前記金属層と同じ金属板からなる面取用金属層が設けられ、該面取用金属層の側縁は、前記面取形成領域と前記基板形成領域との間の分割溝に沿って配置されていることを特徴とする請求項3記載のパワーモジュール製造用積層基板。
- 前記外枠領域に前記金属層と同じ金属板からなる外枠用金属層が設けられており、該外枠用金属層の側縁は、前記外枠分割溝に沿って配置されていることを特徴とする請求項3又は4に記載のパワーモジュール製造用積層基板。
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