JP2016152383A - パワーモジュール用基板及びパワーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂モールドにより封止されるパワーモジュール用基板の回路層とモールド樹脂との密着性を向上させることで、電子部品の良好な接合性を維持することができ、長期的に信頼性の高いパワーモジュール用基板及びそのパワーモジュール基板を用いたパワーモジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】セラミックス基板２０の一方の面に積層された回路層１０と他方の面に積層された放熱層２１とを備えたパワーモジュール用基板７０であって、回路層１０は、セラミックス基板７０に接合された第一金属層１３と、第一金属層１３のセラミックス基板２０とは反対の面に接合された第二金属層１４とを有し、第一金属層１３の耐力が第二金属層１４の耐力よりも小さく設定され、第二金属層１４には複数の貫通孔９が形成されている。
【選択図】図１

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及びパワーモジュールに関する。

従来のパワーモジュール用基板として、絶縁層となるセラミックス基板の一方の面にアルミニウムからなる回路層が接合されるとともに、他方の面に放熱のためのアルミニウムからなる金属層が接合された構成のものが知られている。そして、このパワーモジュール用基板の金属層に、熱伝導性に優れたヒートシンクが接合され、回路層上にはんだ材を介してパワー素子等の半導体素子が搭載され、パワーモジュールが製造される。

このようなパワーモジュール用基板において、例えば特許文献１では、回路層をセラミックス基板に接合されたアルミニウム層と、そのアルミニウム層に接合された銅層の二層構造とし、アルミニウムの応力緩和性と銅の熱伝導性及び電気特性との両方を兼ね備えたパワーモジュール用基板が開示されている。

また、このようなパワーモジュール用基板の回路層上に搭載された半導体素子の固定及び良好な接合性を維持する目的で、エポキシ樹脂等の樹脂を使用しモールド樹脂を成形することで、パワーモジュール用基板及び半導体素子を樹脂封止することがある。

特開２０１３−２２９５７９号公報

しかし、パワーモジュール用基板をモールド樹脂によって樹脂封止する場合、モールド樹脂と回路層との密着性が悪いとモールド樹脂と回路層との界面に破断が生じ、はんだ層が破損する問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、モールド樹脂により封止されるパワーモジュール用基板の回路層とモールド樹脂との密着性を向上させることで、半導体素子の良好な接合性を維持することができ、長期的に信頼性の高いパワーモジュール用基板及びそのパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールを提供することを目的とする。

本発明のパワーモジュール用基板は、セラミックス基板の一方の面に積層された回路層と他方の面に積層された放熱層とを備えたパワーモジュール用基板であって、前記回路層は、前記セラミックス基板に接合された第一金属層と、該第一金属層のセラミックス基板とは反対の面に接合された第二金属層とを有し、前記第一金属層の耐力が前記第二金属層の耐力よりも小さく設定され、前記第二金属層には複数の貫通孔が形成されている。

本発明では、回路層の第二金属層に複数の貫通孔を有していることで、回路層表面上に半導体素子が搭載された後にモールド樹脂により樹脂封止がされる際に、そのモールド樹脂が貫通孔へ食い込み半導体素子実装面である回路層とモールド樹脂との密着性を向上させることができる。
また、第一金属層の耐力を第二金属層の耐力よりも小さく設定したので、基板に反り方向の応力が発生したときに、第一金属層が緩和層となってセラミックス基板の破損を防止することができる。

また本発明のパワーモジュール用基板において、前記貫通孔には、前記セラミックス基板側の底部に、前記第二金属層における前記セラミックス基板とは反対側の表面の開口部に対して半径方向外方に張り出す部分が形成されている。
このパワーモジュール用基板は、貫通孔の底部に開口部よりも半径方向外方に張り出したモールド樹脂部分を形成することができるので、モールド樹脂が剥がれにくくなり、回路層とモールド樹脂との良好な密着性を維持することができる。

また本発明のパワーモジュール用基板において、前記第一金属層には前記貫通孔に連通する凹部もしくは連通孔が形成されている。
このパワーモジュール用基板は、第一金属層に形成された凹部もしくは連通孔により、モールド樹脂の食い込み量を多くすることができ、回路層とモールド樹脂との密着性をより向上することができる。
このパワーモジュール用基板において、前記凹部もしくは前記連通孔に、第二金属層における前記セラミックス基板とは反対側の表面の前記貫通孔の開口部に対して半径方向外方に張り出す部分が形成されているとよく、モールド樹脂が剥がれにくくなり、回路層とモールド樹脂との良好な密着性を長期に維持することができる。

また本発明のパワーモジュール用基板において、前記貫通孔は、前記回路層表面上にはんだ接合される半導体素子の搭載予定位置の直下を除く位置に形成されているとよい。
このパワーモジュール用基板は、貫通孔を半導体素子の搭載予定位置の直下を除く位置に設けたので、はんだが破損することを防止し、半導体素子と回路層との接合性の低下を抑制することができる。

本発明のパワーモジュールは、前記パワーモジュール用基板と、前記回路層の表面上に搭載された半導体素子とを備え、前記パワーモジュール用基板及び前記半導体素子がモールド樹脂により封止されている。

このパワーモジュールは、回路層に貫通孔を有していることで、モールド樹脂により封止される際にモールド樹脂が貫通孔へ食い込み、パワーモジュール用基板にモールド樹脂を強固に保持して半導体素子の良好な接合性を維持することができる。

本発明によれば、モールド樹脂により封止されるパワーモジュール用基板の回路層とモールド樹脂との密着性を向上させることで、半導体素子の良好な接合性を維持することができ、長期的に信頼性の高いパワーモジュール用基板及びそのパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールを提供することができる。

本発明のパワーモジュールの第１実施形態を示す断面図であり、図２のＡ−Ａ線に沿う断面に相当する。 第１実施形態に係る貫通孔及び半導体素子の位置を示す平面図である。 本発明のパワーモジュール用基板の第１実施形態の製造方法を工程毎に示す断面図である。 本発明の第２実施形態から第７実施形態に係る回路層の貫通孔もしくは凹部形状を（ａ）〜（ｆ）にそれぞれ示す断面図である。 本発明の第８実施形態に係る回路層の貫通孔の形状を示す（ａ）が断面図、（ｂ）が平面図である。 本発明の第９実施形態に係る回路層の貫通孔の形状を示す（ａ）が断面図、（ｂ）が平面図である。 本発明の製造方法に用いる加圧装置の正面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示す第１実施形態のパワーモジュール用基板７０は、複数の金属の平板が積層されてなる回路層１０と、絶縁層であるセラミックス基板２０と、放熱層２１とを備えてなる。そして、このパワーモジュール用基板７０の回路層１０の表面に半導体素子３０が搭載され、半導体素子３０にはリードフレーム５０が接合され、さらに半導体素子３０とパワーモジュール基板７０とリードフレーム５０とをエポキシ樹脂等の樹脂からなるモールド樹脂８０により封止することで、パワーモジュール１００が構成される。また、パワーモジュール１００は、ヒートシンク１１０の上面に熱伝導グリス４０を介して接触させ、クランプ等により押し付けて使用する。

回路層１０は、絶縁層としてのセラミックス基板２０の一方の面に接合された第一金属層１３と、その第一金属層１３のセラミックス基板２０とは反対の面に接合された第二金属層１４とを備える。
放熱層２１は、セラミックス基板２０の回路層１０と反対面に接合された第一金属層１１と、第一金属層１１のセラミックス基板２０とは反対面に接合された第二金属層１２とを備える。
以下、これら回路層１０と放熱層２１とを区別するために、回路層１０に用いられる両金属層を回路層用第一金属層、回路層用第二金属層とし、放熱層２１に用いられる両金属層を放熱層用第一金属層、放熱層用第二金属層とする。

セラミックス基板２０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を用い、厚さは０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内に設定される。

回路層用第一金属層１３と回路層用第二金属層１４とを構成する金属板としては、回路層用第一金属層１３の方が回路層用第二金属層１４に比べ耐力が低い金属板が用いられる。
例えば、回路層用第一金属層１３は、純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）を用い、厚さは０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内に設定される。
回路層用第二金属層１４は、例えば、純度９９．９６質量％以上の銅（無酸素銅）や純度９９．９０質量％以上の銅（タフピッチ銅）、三菱伸銅株式会社製のＺＣ合金（Ｃｕ９９．９８質量％−Ｚｒ０．０２質量％）などを用い、厚さは０．１ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内に設定される。

また図１及び図２に示すように、回路層用第二金属層１４には、はんだ接合される半導体素子３０の搭載予定位置の直下を除く位置に、貫通孔９が形成されている。
この貫通孔９は、図３（ｂ）に示すように第二金属層表面の開口部の直径ｄ１が最も小さく、貫通孔９の途中よりテーパー状に直径を広げ貫通孔９の底部では直径ｄ１よりも大きな直径ｄ２を形成している。この場合、貫通孔９の第二金属層表面の開口部の直径ｄ１は０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内に設定される。

また、放熱層用第一金属層１１も回路層用第一金属層１３と同様、純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）が用いられ、厚さは０．１〜３．０ｍｍの範囲内に設定される。
放熱層用第二金属層１２は、例えば、純度９９．９６質量％以上の銅（無酸素銅）を用い、厚さは０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内に設定され、面積は、図１及び図２に示す例では、放熱層用第一金属層１１の２倍以上となるように広く形成され、２枚の放熱層用第一金属層１１が並列に接合されている。

そして、このパワーモジュール用基板７０の回路層１０の表面に、半導体素子３０がはんだ付けされる。
なお、必要とされる機能に応じてＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の種々の半導体素子３０が選択される。そして、半導体素子３０を接合するはんだ材は、例えばＳｎ‐Ｓｂ系、Ｓｎ‐Ａｇ系、Ｓｎ‐Ｃｕ系、Ｓｎ‐Ｉｎ系、もしくはＳｎ‐Ａｇ‐Ｃｕ系のはんだ材（いわゆる鉛フリーはんだ材）とされる。

リードフレーム５０は、半導体素子３０にはんだ等を用いて接合されている。そして、パワーモジュール用基板７０及び半導体素子３０、リードフレーム５０をエポキシ樹脂等からなるモールド樹脂８０により樹脂封止され、パワーモジュール１００が形成されている。

次に、このような構成のパワーモジュール用基板７０及びパワーモジュール１００を製造する方法について説明する。
このパワーモジュール用基板７０は、回路層１０及び放熱層２１を構成する金属板とセラミックス基板とを用意して、回路層用第二金属層１４となる金属板に貫通孔９を形成する貫通孔加工工程、セラミックス基板２０と回路層用第一金属層１３となる金属板及び放熱層用第一金属層１１となる金属板とを接合する第一接合工程、第一接合工程で得られた積層体２３に回路層用第二金属層１４となる金属板及び放熱層用第二金属層１２となる金属板を接合する第二接合工程を経て製造される。以下、これらの工程を説明する。

（貫通孔加工工程）
まず、図３（ａ）（ｂ）に示すように、回路層用第二金属層となる金属板１４（図３には金属層と同じ符号を付している。以下同じ）の半導体素子３０の搭載予定位置の直下を除く位置に貫通孔９を形成する。貫通孔９は、図３（ａ）に示すようにまず直径ｄ１のストレートの下孔９´をプレス等で形成する。つぎに下孔９´の底部側に例えばドリルの皿孔加工等によりテーパー部を加工することで図３（ｂ）に示す直径ｄ１より大きな直径ｄ２部分を有する貫通孔９を形成する。

（第一接合工程）
図３（ｃ）に示すようにセラミックス基板２０の一方の面にろう材２２を介して回路層用第一金属層となる金属板１３を積層し、さらに、他方の面にろう材２２を介して放熱層用第一金属層となる金属板１１を積層し、これらを一体に接合する。
ろう材２２は、Ａｌ−Ｓｉ系等の合金で箔の形態で用いるとよい。
具体的には、セラミックス基板２０と回路層用第一金属層となる金属板１３及び放熱層用第一金属層となる金属板１１とを図３（ｃ）に示すようにろう材２２を介して積層した積層体Ｓを図７に示す加圧装置１１０を用いて積層方向に加圧した状態とする。

この加圧装置１１０は、ベース板１１１と、ベース板１１１の上面の四隅に垂直に取り付けられたガイドポスト１１２と、これらガイドポスト１１２の上端部に固定された固定板１１３と、これらベース板１１１と固定板１１３との間で上下移動自在にガイドポスト１１２に支持された押圧板１１４と、固定板１１３と押圧板１１４との間に設けられて押圧板１１４を下方に付勢するばね等の付勢手段１１５とを備えている。

固定板１１３および押圧板１１４は、ベース板１１１に対して平行に配置されており、ベース板１１１と押圧板１１４との間に前述の積層体Ｓが配置される。積層体Ｓの両面には加圧を均一にするためにクッションシート１１６が配設される。クッションシート１１６は、カーボンシートとグラファイトシートの積層板で形成されている。この加圧装置１１０により加圧した状態で、加圧装置１１０ごと図示略の加熱炉内に設置し、真空雰囲気下で接合温度に加熱してセラミックス基板２０に回路層用第一金属層１３と放熱層用第一金属層１１とをろう付け接合する。この場合の加圧力としては例えば０．１ＭＰａ以上３．４ＭＰａ以下、接合温度としては６１０℃以上６５０℃以下、加熱時間としては１分以上６０分以下とされる。

（第二接合工程）
図３（ｄ）に示すように、放熱層用第二金属層となる金属板１２の上面に第一接合工程で得られた積層体２３を２個並列に並べ、その各々の積層体２３の放熱層用第二金属層１２とは反対側の面に回路層用第二金属層となる金属板１４をそれぞれ積層する。また回路層用第二金属層となる金属板１４の向きは、上面及び下面で開口部の貫通孔９の直径が異なっているので、大きい直径ｄ２を有する下面が積層体２３と接する面となるような向きに積層する。
そして、これら放熱層用第二金属層１２と２個の積層体２３と回路層用第２金属層１４とからなる積層体を図７に示す加圧装置１１０と同様の加圧装置を用いて積層方向に０．１ＭＰａ以上３．４ＭＰａ以下に加圧し、真空雰囲気下で接合温度４００℃以上５４８℃以下に１分以上６０分以下加熱して第一接合工程で得られた積層体２３と回路層用第二金属層１４及び放熱層用第二金属層１２とを固相拡散接合する。

このように製造されたパワーモジュール用基板７０には図１で示すように、回路層１０の上面に半導体素子３０が搭載され、半導体素子３０にはリードフレーム５０が接合される。
そして、図１に示すようにパワーモジュール用基板７０の放熱層用第二金属層１２下面と、リードフレーム５０の外部接続用端子部分５０ａとを除き、半導体素子３０とパワーモジュール基板７０とリードフレーム５０とをモールド樹脂８０により封止する。具体的には、例えばエポキシ樹脂等の樹脂を用いてトランスファーモールディング方法によってモールド樹脂８０を形成し封止する。このようにしてパワーモジュール１００を製造する。

上記のようにして製造されるパワーモジュール１００は、回路層１０に複数の貫通孔９を有していることで、モールド樹脂８０が貫通孔９へ食い込み半導体素子実装面である回路層１０とモールド樹脂８０との密着性を向上させることができる。
この場合、貫通孔９は、回路層用第二金属層１４の表面（セラミックス基板２０とは反対側の表面）における開口部の直径ｄ１より底部の直径ｄ２が大きいので、平面視において、モールド樹脂８０が貫通孔９の底部で開口部よりも半径方向外方に張り出した部分を形成することができる。この貫通孔９内に食い込んだモールド樹脂８０が貫通方向に抜けにくく、このためモールド樹脂８０が剥がれにくくなるので、回路層１０とモールド樹脂８０との良好な密着性を維持することができる。
また、半導体素子３０の搭載予定位置の直下に貫通孔９が形成されていると、はんだが貫通孔９内に入り込み、熱伸縮によって回路層用第２金属層１４との界面で破断するおそれがあるが、半導体素子３０の搭載予定位置の直下を除いて貫通孔９が形成されているので、はんだの破断を抑止できる。
したがって、半導体素子３０の良好な接合性を維持し、長期的に信頼性の高いパワーモジュールを提供することができる。
なお、貫通孔加工工程は回路層１０を構成する金属板を接合する前に加工することで、加工が容易となり製造コストを低く抑えることができる。

また、回路層１０及び放熱層２１とも、第一金属層１３，１１の方が第二金属層１４，１２に比べ耐力が低い金属板が用いられているので、パワーモジュール用基板７０に反り方向の応力が発生した時に、第一金属層１３，１１が緩和材となりセラミックス板２０が破損するのを防止できる。

なお、本発明は上記第１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、回路層１０に形成される貫通孔を図４に示す各実施形態とすることができる。

図４（ａ）に示す第２実施形態では、回路層用第二金属層１４に直径ｄ１のストレートの貫通孔９ａが設けられている。この貫通孔９ａは、回路層用第二金属層１４を接合する前にプレス等で穴あけ加工し形成する。
図４（ｂ）に示す第３実施形態では、回路層用第二金属層１４に直径ｄ１のストレートの貫通孔９ａが設けられ、回路層用第一金属層１３にはその貫通孔９ａに連通する凹部９ｂが設けられている。この場合、凹部９ｂは貫通孔９ａと同じ直径ｄ１で形成されている。この凹部９ｂは、回路層用第一金属層１３を接合する前にハーフエッチング処理等で形成する。

図４（ｃ）に示す第４実施形態では、回路層用第二金属層１４に直径ｄ１のストレートの貫通孔９ａが設けられ、回路層用第一金属層１３にはその貫通孔９ａに連通する凹部９ｃが設けられている。凹部９ｃは貫通孔９ａとの連通部分では貫通孔９ａと同じ直径ｄ１で形成され、凹部９ｃの底部へ向けてテーパー状に直径を広げ、底部では貫通孔９ａの直径ｄ１より大きな直径ｄ２を形成している。凹部９ｃは、第３実施形態と同様に回路層用第一金属層１３を接合する前にハーフエッチング処理等で形成する。

図４（ｄ）に示す第５実施形態では、回路層用第二金属層１４に直径ｄ１と直径ｄ１より大きな直径ｄ２とを有する段付の貫通孔９ｅが設けられている。貫通孔９ｅは、回路層用第二金属層１４を接合する前に、表面側の小さい直径ｄ１のストレートの貫通孔９ｄをプレス等で加工し、一方の面から大きな直径ｄ２のドリルでストレートの孔９ｅを途中まで加工することにより形成される。

図４（ｅ）に示す第６実施形態では、回路層用第二金属層１４に直径ｄ１のストレートの小さい貫通孔９ａが設けられ、回路層用第一金属層１３にはその貫通孔９ａに連通する連通孔９ｆが設けられている。連通孔９ｆは直径ｄ２のストレートの孔で、その直径ｄ２は貫通孔９ａの直径ｄ１より大きく形成されている。連通孔９ｆは、回路層用第一金属層１３をセラミックス基板２０に接合した後、回路層用第二金属層１４を接合する前にエッチング処理等で孔加工し形成する。
ところで、回路層用第一金属層１３に連通孔９ｆをプレス等で加工してからセラミックス基板２０に接合すると、連通孔９ｆ内に溶融したろうが溜まり、回路層用第二金属層１４の接合時に回路層用第二金属層１４の表面に這い上がり、ろうシミが発生するおそれがある。

図４（ｆ）に示す第７実施形態では、回路層用第二金属層１４にストレートの直径ｄ１を有する径の小さい貫通孔９ａが設けられ、回路層用第一金属層１３にはその貫通孔９ａに連通する凹部９ｇが設けられている。凹部９ｇはストレートの直径ｄ２で形成され、その直径ｄ２は貫通孔９ａの直径ｄ１より大きく形成されている。凹部９ｇは、回路層用第二金属層１４を接合する前に一方の面から大きいストレートの直径ｄ２で途中まで加工するハーフエッチング処理等で形成する。

以上の各実施形態では、貫通孔や凹部の径を異ならせることにより、第二金属層の表面の開口部の直径よりも底部の直径が大きくなるように形成したが、直径が異なる貫通孔や凹部の組み合わせ以外にも、図５及び図６に示す形状としてもよい。
図５に示す第８実施形態では、同じ直径の上部孔９ｈと下部孔９ｊとが軸芯をずらして連結されることにより、下部孔９ｊのほぼ半分が半径方向にずれて形成されている。
また、図６に示す第９実施形態では、開口部を有する上部孔９ｈが横断面円形に形成されているのに対して、下部孔９ｋが横断面長円形に形成され、この下部孔９ｋの長円の長手方向の径が上部孔９ｈの直径よりも大きく形成されており、それにより、上部孔９ｈの下方に、上部孔９ｈに対して平面視で半径方向外方に張り出す部分が２箇所形成されている。
なお、これら図５及び図６では、その上部孔及び下部孔とも第二金属層に形成して、これら上部孔と下部孔とで貫通孔を形成するようにしてもよいし、上部孔を第二金属層に貫通孔として形成し、下部孔を第一金属層の凹部もしくは連通孔として形成してもよい。
以上の各実施形態に示すように、貫通孔は、平面視において、第二金属層の表面の開口部に対して、少なくとも孔の一部を半径方向外方に張り出させた部分が底部に形成されて入ればよい。

また、第１実施形態では回路層１０に使用する金属板の組合せを、回路層用第一金属層１３は純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）で、回路層用第二金属層１４は純度９９．９６質量％以上の銅（無酸素銅）や純度９９．９０質量％以上の銅（タフピッチ銅）、三菱伸銅株式会社製のＺＣ合金（Ｃｕ９９．９８質量％−Ｚｒ０．０２質量％）等の組合せで使用されていたが、この組合せに限定するものではなく以下の組合せとしてもよい。

例えば、回路層用第一金属層１３は純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）で、回路層用第二金属層１４はアルミニウム合金、例えばＡ３００３、Ａ６０６３合金等の金属板の組み合わせでもよい。この場合、回路層用第一金属層となる金属板１３と回路層用第二金属層となる金属板１４との接合方法は、例えば、アルミニウム合金（Ａ３００３）からなる芯材の両面にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のろう材層が形成された両面ろうクラッド材を用いたフラックスレスろう付け方法により接合する。この場合の加圧力としては、例えば、０．００１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下とし、加熱温度としては５５９℃以上６２０℃以下とする。ろう付けにおいては、前述したように溶融したろうが回路層の表面に這い上がるとろうシミの問題が生じるが、フラックスレスろう付け方法であれば、液相は出るがろう材が接触している面以外ではＭｇによる酸化被膜の破壊が行われず、融液が広がらないので貫通孔をろう材が這い上がることはない。

また、上記フラックスレスろう付け方法以外に固相拡散接合でも接合可能である。その場合は、回路層用第一金属層となる金属板１３と回路層用第二金属層となる金属板１４とを積層し、加圧力としては、例えば、０．２９ＭＰａ以上３．４３ＭＰａ以下とし、加熱温度としては５００℃以上６５０℃未満とする。そして、この加圧及び加熱状態を５分以上２４０分以下の間で保持することによりそれぞれ固相拡散接合する。固相拡散接合はろう材を使用しないのでろうシミの問題はない。

以上のいずれの組合せにおいても、第１実施形態から第９実施形態で示した貫通孔を形成した後モールド樹脂８０で封止することで、モールド樹脂８０が貫通孔へ食い込み半導体素子実装面である回路層１０とモールド樹脂８０との密着性を向上させることができる。このため、パワーモジュール用基板７０に冷熱サイクルが負荷された時等にはんだが破損することが防止され、半導体素子３０の良好な接合性を維持し、長期的に信頼性の高いパワーモジュール１００を提供することができる。

９，９ａ，９ｅ…貫通孔
９ｂ，９ｃ，９ｇ…凹部
９ｆ…連通孔
９ｈ…上部孔
９ｊ，９ｋ…下部孔
１０…回路層
１１…放熱層用第一金属層
１２…放熱層用第二金属層
１３…回路層用第一金属層
１４…回路層用第二金属層
２０…セラミックス基板
２１…放熱層
３０…半導体素子
７０…パワーモジュール用基板
８０…モールド樹脂
１００…パワーモジュール
１１０…加圧装置

Claims (6)

1. セラミックス基板の一方の面に積層された回路層と他方の面に積層された放熱層とを備えたパワーモジュール用基板であって、
   前記回路層は、前記セラミックス基板に接合された第一金属層と、該第一金属層のセラミックス基板とは反対の面に接合された第二金属層とを有し、
   前記第一金属層の耐力が前記第二金属層の耐力よりも小さく設定され、
   前記第二金属層には複数の貫通孔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。
2. 前記貫通孔には、前記セラミックス基板側の底部に、前記第二金属層における前記セラミックス基板とは反対側の表面の開口部に対して半径方向外方に張り出す部分が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール用基板。
3. 前記第一金属層には前記貫通孔に連通する凹部もしくは連通孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール用基板。
4. 前記凹部もしくは前記連通孔に、第二金属層における前記セラミックス基板とは反対側の表面の前記貫通孔の開口部に対して半径方向外方に張り出す部分が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のパワーモジュール用基板。
5. 前記貫通孔は、前記回路層表面上にはんだ接合される半導体素子の搭載予定位置の直下を除く位置に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板と、前記回路層の表面上に搭載された半導体素子とを備え、前記パワーモジュール用基板及び前記半導体素子がモールド樹脂により封止されていることを特徴とするパワーモジュール。
   

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