JP2017085077A - 回路基板用金属板成形品および、パワーモジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板用金属板の厚みの大小によらず、パターニングによる所要の絶縁性を確保しつつ、回路基板を容易に製造することのできる回路基板用金属板、回路基板用金属板成形品、回路基板およびパワーモジュール、ならびに、パワーモジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】この発明の回路基板用金属板１は、プレス成形により形成されてなるものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、回路基板用金属板、回路基板用金属板成形品、回路基板およびパワーモジュールならびに、パワーモジュールの製造方法に関するものであり、特には、回路基板の絶縁基板上に設ける金属板の厚みの大小によらず、所要の絶縁性を確保できるパターニングを可能にする技術を提案するものである。

民生機器用や、ガソリン自動車、電気自動車その他の車載用等として用いられ得るパワーモジュールは一般に、絶縁基板の両面のそれぞれに、銅箔等の金属板を接合してなる回路基板を、ヒートシンクとして機能するベース板上に固定し、その回路基板上にパワートランジスタ等の半導体素子を搭載させて使用に供されるものであり、使用に際し、半導体素子が発する高熱をベース板に伝導させて、その熱を速やかに放散することが求められる。

なお、そのような回路基板では一般に、金属板に接合させる絶縁基板として、セラミックス基板を用いることがある。この場合、セラミックス基板には、当該金属板との直接接合が可能なアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）が用いられていたが、近年は、このアルミナ製セラミックス基板に代えて、特許文献１〜３等に記載されているように、優れた熱伝導性を有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の窒化物セラミックス基板とすることが有効であると考えられている。絶縁基板は樹脂材料等の他の材料で構成することもある。

特開昭６４−８４６４８号公報 特公平５−１８４７７号公報 特開平５−２１８２２９号公報

ところで、上述したような回路基板を製造するには、セラミックス基板等に代表される絶縁基板に、金属板を接合させた後、金属板の露出表面上に感光性フィルムをラミネートし、次いで、その感光性フィルムを露光及び現像することにより、感光性フィルムに所定のレジストパターンを形成し、その後、エッチングによって、レジストパターンを介して金属板の不要な部分を除去することにより、金属板に回路パターンを形成し、最後に、レジストパターンを剥離して除去することが一般に行われている。

しかるに、このように、絶縁基板上の金属板に、エッチングによって金属板の不要部分を除去することは、回路基板の製造工程を複雑化させて製造能率を低下させるとともに、製造コストの増大を招くという問題がある。特に、窒化アルミニウムからなる絶縁基板は比較的高価であるので、これを用いる回路基板では、エッチングによる回路パターンの形成は、回路基板の価格をさらに上昇させる。

また、上述したようにしてエッチングにより回路パターンを形成すると、エッチング反応が拡散律速で等方的に進行することに起因して、図１１に断面図で示すように、回路基板１０１の厚み方向で、金属板１０２の露出表面Ｓｅから絶縁基板１０３側の接合表面Ｓｂに向かうに従って、金属板１０２の除去される部分が少なくなる。その結果として、回路基板１０１の断面視で、エッチングにより除去せずに残した金属板１０２の複数の回路構成部分１０２ａ、１０２ｂの相互が、絶縁基板１０３側に向かうに従って次第に接近するテーパ形状をなすパターン溝１０４が形成されることが知られている。

これにより、特に、放熱性の向上等を目的として、回路基板１０１の金属板１０２を厚みが比較的厚いものとした場合は、絶縁基板１０３との接合表面Ｓｂ側の金属板１０２の不要部分がエッチングで十分に除去されずに、絶縁基板１０３側で金属板の複数の回路構成部分１０２ａ、１０２ｂが極めて近接し、又は甚だしくは接触することになり、パターニングによる絶縁性が確保されなくなるという問題があった。
この金属板は半導体素子の直下に位置することがあり、その厚みはパワーモジュールの放熱に大きく影響するところ、エッチングによって回路パターンの形成する手法では、上述した絶縁性低下の理由より、金属板の厚みを厚くすることには限界があるので、この手法によっては、金属板厚みの増大による放熱性の更なる向上を実現することができなかった。

この発明は、このような問題を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、回路基板用金属板の厚みの大小によらず、パターニングによる所要の絶縁性を確保しつつ、回路基板を容易に製造することのできる回路基板用金属板、回路基板用金属板成形品、回路基板およびパワーモジュール、ならびに、パワーモジュールの製造方法を提供することにある。

発明者は鋭意検討の結果、当該技術分野ではこれまでに用いられていなかったプレス成形により、たとえば回路パターンに合わせた所定の形状の金属板を予め成形した後に、これを絶縁基板に接合させるという新規な手法を用いることにより、先述したようなエッチングによって回路パターンを形成する場合の問題を解決できることを新たに見出した。

かかる知見に基き、この発明の回路基板用金属板は、プレス成形により形成されてなるものである。
この発明の回路基板用金属板は、プレス成形による切断面を有し、該切断面に、破断面領域とせん断面領域とが形成されたものとすることができる。

ここで、当該回路基板用金属板の裏面と前記切断面のせん断面領域とがなす角部に、前記切断面側に向けて当該回路基板用金属板の厚みを漸減させる向きに湾曲するダレ部が形成されていることがある。

この場合、前記ダレ部を通る断面視で、当該回路基板用金属板の幅Ｗｐに対するダレ部形成領域の幅Ｗｄの割合は、百分率で表して１０％以下であることが好ましい。
またこの場合、前記ダレ部を通る断面視で、回路基板用金属板の厚みＤに対するダレ部形成領域の高さＨｄの比が、１／３以下であることが好ましい。

また、この発明の回路基板用金属板は、互いに離隔する複数個の回路構成部品を有することが好ましい。
上記の回路構成部品の厚みは、０．２ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内とすることが好ましい。

上記の複数個の回路構成部品は、互いに切り離されて独立して存在するものとすることができる。

この発明の回路基板用金属板成形品は、上記の回路基板用金属板を備えるものであって、複数個の回路構成部品のそれぞれの形状に対応する複数個の嵌合孔部を設けた部品保持部材を有し、前記部品保持部材の複数個の嵌合孔部内に、複数個の回路構成部品が、厚み方向の少なくとも一部で摩擦係合して嵌め込まれてなるものである。

この場合においては、部品保持部材の厚み方向で、回路構成部品の、前記嵌合孔部内への嵌込み量を、回路構成部品の厚みの１０％〜７０％の範囲内とすることが好ましい。
またここでは、回路構成部品の、前記嵌合孔部内への嵌込み量の最大値と最小値の差を、０．３ｍｍ以下とすることが好ましい。
またこの場合、前記嵌合孔部内に嵌め込まれた複数個の回路構成部品が、部品保持部材の表面側で該表面から窪んで位置するとともに、部品保持部材の裏面側で該裏面から突出して位置するものとすることができる。
なお、この明細書及び特許請求の範囲では、部品保持部材等の「表面」及び「裏面」との用語は、単に、部品保持部材等の一方の面と、その裏側の他方の面とを区別するためのみに用いており、「裏面」と「表面」とを入れ替えて解釈することも可能である。

そしてまたここでは、前記嵌合孔部内に嵌め込まれた複数個の回路構成部品の相互間の間隔は、回路構成部品の厚みに対する比で表して、０．５以上とすることが好ましい。
なお、上記の部品保持部材は、一方向に向けて延びる金属条の形状をなすものとすることができる。

この発明の回路基板は、上記のいずれかの回路基板用金属板の回路構成部品と、前記回路構成部品が接合された絶縁基板とを備えるものである。
この発明の回路基板では、絶縁基板上に接合された複数個の回路構成部品が、該回路構成部品の厚み方向の全体にわたって、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内で互いに離隔して配置されていることが好ましい。
またこの発明のパワーモジュールは、上記のいずれかの回路基板を備えるものである。

この発明のパワーモジュールの製造方法は、プレス成形により金属材料を打ち抜いて、該金属材料から、互いに離隔する複数個の回路構成部品を成形し、その後、回路構成部品を絶縁基板上に貼付させ、回路構成部品上に半導体素子を搭載することにある。

この発明のパワーモジュールの製造方法では、プレス成形により回路構成部品を成形するに当り、前記金属材料を打ち抜いて、該金属材料を、互いに離隔する複数個の回路構成部品と、複数個の回路構成部品のそれぞれの外輪郭形状に対応する形状をなす複数個の嵌合孔部を設けた部品保持部材とに分離し、次いで、各回路構成部品を、部品保持部材の対応する各嵌合孔部内に、厚み方向の少なくとも一部で摩擦係合させて嵌め込んで、回路構成部品及び部品保持部材を有する金属板成形品を形成し、回路構成部品を絶縁基板上に貼付させるに際し、前記金属板成形品の回路構成部品を絶縁基板に接合させ、その後、絶縁基板上の回路構成部品から、前記金属板成形品の部品保持部材を取り外して、該部品保持部材を除去することが好ましい。

この発明によれば、プレス成形により所定の形状に成形された回路基板用金属板を、絶縁基板、例えばセラミックス基板上に接合させることにより、回路基板を容易に製造することができる。
また、プレス成形では、先述のエッチングのようなテーパ形状の断面にならない切断面を形成することができるので、金属板のパターニングによる所要の絶縁性を確保することができる。

この発明の回路基板用金属板の一の実施形態を、セラミックス基板及び金属箔とともに示す斜視図である。 図１の回路基板用金属板を用いて製造した回路基板を示す斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 回路基板用金属板を成形することのできるプレス成形の各工程を模式的に示す部分断面図である。 図４のプレス成形により成形された回路基板用金属板における切断面の正面図及び、そのｂ−ｂ線に沿う部分断面図である。 図１のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。 この発明の回路基板用金属板成形品の一の実施形態を、セラミックス基板及び金属箔とともに示す斜視図である。 図７の回路基板用金属板成形品の裏面側を示す斜視図である。 図７の回路基板用金属板成形品を成形することのできるプレス成形の各工程を模式的に示す部分断面図である。 図７のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 エッチングによりセラミックス基板上の金属板の不要部分を除去して製造された回路基板の部分断面図である。

以下に図面を参照しながら、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１に例示するところにおいて、図中１は、この発明の一の実施形態の回路基板用金属板（以下、単に「金属板」ともいう。）を示し、また、図中２は、回路基板用金属板１が表面に接合される絶縁基板を、図中３は、絶縁基板２の裏面に接合された金属箔をそれぞれ示す。

ここで、絶縁基板２は、セラミックス又は樹脂その他の材料からなるものである。絶縁基板２をセラミックス材料からなるものとする場合、そのようなセラミックス材料の具体例としては、たとえば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の酸化物セラミックス又は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の窒化物アルミニウムを挙げることができる。なかでも、窒化アルミニウムは、優れた熱伝導性を有し、パワー半導体素子により生じた熱を効果的に放散させることができるので、絶縁基板２の材質として好適である。

またここで、金属板１は、たとえば、純銅又は、所要の元素を添加した銅合金等の金属材料からなる金属箔ないし金属板の形態をなすものとすることができ、絶縁基板２の表面に直接的に接合され、又は銀のろう材もしくはチタンの接合層等を介して間接的に接合される。
より具体的には、金属板１を構成する純銅としては、たとえば、タフピッチ銅や、無酸素銅、高純度銅等を挙げることができ、また、銅合金としては、たとえば、錫含有銅やジルコニウム含有銅、銀含有銅、クロム含有銅等を挙げることができる。

そしてまた、金属箔３は、金属板１と同様の、純銅又は、所要の元素を添加した銅合金等の金属材料からなるものであり、絶縁基板２の裏面に直接的又は間接的に接合される。但し、回路基板によっては、絶縁基板２の裏面側にこのような金属箔３を設けないこともあるので、この発明の回路基板では、金属箔３は必須の構成ではない。

ここにおいて、従来は、金属箔を絶縁基板の表面上に、たとえば直接的に接合させた後、その金属箔の露出表面に感光性フィルムを積層させるとともに露光・現像してマスクし、エッチングによりマスクを介して金属箔の不要部分を除去して、金属箔に回路パターンを形成していた。
しかしながら、このようなエッチングによる回路パターンの形成は、工程が複雑であり、製造能率の低下及び製造コストの増加を招く他、特に金属箔の厚みを増加させた場合に、金属箔の厚み方向にわたって不要部分を確実にエッチング除去できないことから、絶縁性の低下をもたらすという問題があった。

この問題に対処するため、この実施形態では、金属条等の形状をなす金属材料にプレス成形を施して、所定の形状の金属板１を予め成形し、この金属板１を、図１に矢印で示す如く絶縁基板２の表面上に接合させる。
それにより、従来技術のような複雑なエッチング工程を経ることなしに、図２に示すような回路基板４を製造することができる。またプレス成形により、図３に断面図で示すように、たとえば、金属板１の表面Ｓｆや裏面Ｓｂに対して略垂直な切断面８を形成することが可能になり、この場合、金属板１の厚み方向の全体にわたって、互いに対向する切断面８を所定の距離で離して位置させることができるので、所要の絶縁性を確実に確保することができる。

なお、上記の回路基板４を、必要に応じて、金属箔３側で、図示しないベース板（ヒートシンク）上に固定するとともに、回路基板４の金属板１上に、これも図示しない半導体素子を搭載することにより、パワーモジュールを製造することができる。

図１に示す実施形態では、金属板１は、プレス成形により回路パターン６が形成されたことに起因して、回路パターン６によって互いに離隔される複数個の回路構成部品７を有するものである。

さらにこの実施形態の金属板１では、図１に示すように、複数個の回路構成部品７が、互いに連結されずに切り離されて、独立に存在している。
そのため、図１の実施形態では、同図に矢印で示すように、金属板１の別個独立した複数個の回路構成部品７のそれぞれを、絶縁基板２の表面上の所定の箇所に接合することにより、図２に示すような回路パターン６を有する回路基板４を製造することができる。
このような互いに独立した複数個の回路構成部品７を有する金属板１は、後述のプレス成形の打抜き加工によって形成することができる。

金属板１を構成する各回路構成部品７の厚みＤは、たとえば、０．２ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内とすることができる。特に、金属板１を、たとえば０．５ｍｍ以上の厚みの回路構成部品７からなるものとした場合、上述したようにエッチングによってはパターニングによる絶縁性が低下する場合が多いので、この実施形態のように、プレス成形により回路パターン６を予め付与した金属板１を用いることが有利である。
従って、この観点から、回路構成部品７は、厚みが０．２ｍｍ〜３．０ｍｍのものであることが有利である。この一方で、回路構成部品７の厚みが上記の上限値を超えるものである場合は、回路構成部品の形状不良が発生するおそれがある。

なお、このように回路構成部品７の厚みＤを比較的厚くすることで、その上に搭載される半導体素子が発する熱を、回路構成部品７で有効に放散することが可能になって、絶縁基板側に設けていたヒートシンクを不要とすることができる場合がある。この場合、ヒートシンクを設けないことにより、パワーモジュール全体として飛躍的な薄肉化、小型化を実現することができる。

上記のような金属板１をプレス成形により製造するには、たとえば、図４（ａ）に模式的に示すように、平板状の金属材料５１を、互いに離隔させて位置させたパンチ６１及びダイ６２の間に配置し、その後、図４（ｂ）に示すように、パンチ６１を、金属材料５１の厚みを超える押し込み量で、ダイ６２に向けて押し込んで、金属材料５１を打ち抜くことにより、金属板１の回路構成部品７を分離させてそれぞれ得ることができる。

この場合、金属板１の回路構成部品７の側面は、図５（ａ）に例示するような、上記のプレス成形の抜き加工により形成される切り口面としての切断面８になる。
より詳細には、この切断面８は、金属板１の厚み方向（図５（ａ）では上下方向）に直交する幅方向（図５（ａ）では左右方向）に延びる各一層の破断面領域８ａ及びせん断面領域８ｂからなるものであり、ここでは、破断面領域８ａは、金属板１の表面Ｓｆ側に位置するとともに、破断面領域８ａに隣接するせん断面領域８ｂは、金属板１の裏面Ｓｂ側に位置する。

なおここで、切断面８の上記のせん断面領域８ｂは、プレス成形によって金属板１の厚み方向に引き伸ばされた際にパンチ６１又はダイ６２に擦れることによって形成されるものと考えられ、図５（ａ）に示すように、厚み方向に若干の線状模様の入った平滑面となる。一方、破断面領域８ａは、プレス成形で引き伸ばされた後に、スクラップとなる金属板残部から引きちぎられることによって生じるものと考えられ、図５（ａ）に示すように、せん断面領域８ｂとは明確に異なり、凹凸が存在するディンプル状の面となることが知られている。

金属板１が、このような切断面８を有する場合、その切断面８のせん断面領域８ｂと、金属板１の裏面Ｓｂとがなす角部に、図５（ｂ）及び図６に断面図で示すように、切断面８側（図５（ｂ）では左側）に向けて金属板１の厚みを漸減させる向きに湾曲する曲面状等の傾斜面を有するダレ部９が形成されることがある。このようなダレ部９の形成は、プレス成形時のパンチの６１の押し込みに起因するものと考えられている。

かかるダレ部９が大きく形成されると、このダレ部９側である金属板１の裏面Ｓｂを、絶縁基板２に接合した際に、ダレ部９で絶縁基板２と十分に密着しないことになるので、回路基板４としての十分な密着性を確保し得ないことがある。なお、金属板１の表面Ｓｆ側の角部には、表面Ｓｆから突出するバリが形成され得るので、この表面Ｓｆ側を絶縁基板２に接合することは、密着性の観点から望ましいとはいえない。

それ故に、図６に示すように、ダレ部９を通る断面で視て、金属板１を構成する回路構成部品７の幅Ｗｐに対するダレ部形成領域の幅Ｗｄの割合（Ｗｄ／Ｗｐ）は、百分率で表して１０％以下とすることが好ましく、なかでも３％以下とすることがより好ましい。
また、同様にダレ部９を通る断面で視た場合、金属板１を構成する回路構成部品７の厚みＤに対するダレ部形成領域の高さＨｄの比（Ｈｄ／Ｄ）は、１／３以下とすることが好ましく、特に百分率で１％以下とすることがより好ましい。

それにより、ダレ部９を比較的小さくして、プレス成形により形成した金属板１であっても、絶縁基板２との密着性を大きく向上させることが可能になる。
回路構成部品７の幅Ｗｐに対するダレ部形成領域の幅Ｗｄの割合（Ｗｄ／Ｗｐ）が１０％を超える場合、ダレ部９が大きな幅方向の範囲で絶縁基板２と密着しないことから、密着性が不十分になるおそれがある。また、回路構成部品７の厚みＤに対するダレ部形成領域の高さＨｄの比（Ｈｄ／Ｄ）が１／３を超える場合、絶縁基板２との密着力が低下することが懸念される。

なおここで、ダレ部９は、図６に示す断面で、ダレ部９を通る断面で、回路構成部品７の、厚みが一定になる幅方向中央部の裏面Ｓｂに平行な直線と、切断面８の特にせん断面領域８ｂに平行な直線とで囲まれる領域にある部分とする。従って、回路構成部品７の厚みは、図６に示すように、切断面８側に向かうに従って、ダレ部９で次第に薄くなるところ、ダレ部形成領域の幅Ｗｄは、その厚みが薄くなり始める位置Ｐａから、切断面８のせん断面領域８ｂまでの長さを意味し、また、ダレ部形成領域の高さＨｄは、その位置Ｐａから、せん断面領域８ｂまでの長さを意味する。

図７に、一の実施形態の回路基板用金属板成形品２１（以下、単に「金属板成形品２１」ともいう。）を示す。
図７に示す金属板成形品２１は、先述したような複数個の回路構成部品２７と、さらに、回路構成部品２７のそれぞれが嵌め込まれた複数個の嵌合孔部２８ａを有する部品保持部材２８とを有する。この実施形態では、部品保持部材２８は、たとえば平面視が方形状等のプレート形状をなすものとしたが、図示は省略するが、一方向に向かって延びる長尺の金属条の形状のものとすることも可能であり、このような部品保持部材では、複数個の回路構成部品２７が嵌め込まれた複数個の嵌合孔部２８ａの複数組を、長尺の金属条の長手方向に一定のピッチで設けることができる。

ここでは、嵌合孔部２８ａのそれぞれは、各回路構成部品２７の外輪郭形状に対応させてそれと同一の平面輪郭形状を有するものとしている。そして、これらの嵌合孔部２８ａのそれぞれに、各回路構成部品２７が嵌め込まれ、回路構成部品２７が嵌合孔部２８ａ内に、その厚み方向の少なくとも一部で摩擦により係合している。

この金属板成形品２１では、回路構成部品２７は、部品保持部材２８とほぼ同一の厚みを有し、そして、各回路構成部品２７を厚み方向の一部で、嵌合孔部２８ａに摩擦係合させている。それにより、回路構成部品２７は、部品保持部材２８の表面Ｓｆ側では、図７に示すように、その表面Ｓｆから窪む位置に回路構成部品２７の表面が存在するとともに、部品保持部材２８の裏面Ｓｂ側では、図８に示すように、その裏面Ｓｂから突出する位置に回路構成部品２７の裏面が存在する。

このような金属板成形品２１を成形するには、たとえば、いわゆる順送金型等で、一方向に向けて間欠的に送られる金属材料５１に対し、図９（ａ）及び（ｂ）に例示するように、先述した実施形態と同様にして、パンチ６１を、金属材料５１の厚みを超える押し込み量で、ダイ６２に向けて押し込む打抜き加工を施すことにより、金属材料５１を、複数個の回路構成部品２７と、それらの回路構成部品２７を抜いた箇所に複数個の嵌合孔部２８ａが形成された部品保持部材２８とに分離する。
そしてその後、図９（ｃ）に示すように、部品保持部材２８から分離した回路構成部品２７を、部品保持部材２８の対応する嵌合孔部２８ａに押し戻して、各回路構成部品２７を、対応する各嵌合孔部２８ａ内に嵌め込むことにより、金属板成形品２１を成形することができる。

金属板成形品２１は、かかるプレス成形により成形されるものであるので、回路構成部品２７の外周面（側面）には、先述したような破断面領域及びせん断面領域が形成された切断面となる。

金属板成形品２１をパワーモジュールの製造に用いるに当っては、回路構成部品２７が突出する側の裏面Ｓｂを、絶縁基板２の表面上に接合した後、たとえば、回路構成部品２７を絶縁基板２側に押圧した状態で、絶縁基板２側とは反対側の向きに、部品保持部材２８を引っ張ることで、回路構成部品２７から部品保持部材２８を取り外して、部品保持部材２８を除去する。なおその後は、先述したところと同様にして、回路構成部品２７上に半導体素子を搭載させるとともに、必要に応じて、金属箔３側にベース板を設けることにより、パワーモジュールを製造することができる。
ここでは、絶縁基板２の表面に接合させるまで、絶縁基板２上での所期した回路パターンを形成する複数個の回路構成部品２７の所定の配置態様を、部品保持部材２８により維持することができるので、回路構成部品２７を、部品保持部材２８に保持された状態で、絶縁基板２の表面に接合させるという極めて簡便な方法により、回路基板４を製造することができる。また、この実施形態の金属板成形品２１は、複数個の回路構成部品２７の形状が部品保持部材２８で確実に維持されるので、微細な回路の形成精度を大きく高めることができる。

上記の金属板成形品２１では、回路構成部品２７を部品保持部材２８に確実に保持させつつ、回路構成部品２７を絶縁基板２の表面に接合した後の部品保持部材２８の分離を、大きな力を要することなしに容易に行い得るものとすることが望ましい。
この観点から、部品保持部材２８の厚み方向で、回路構成部品２７の、嵌合孔部２８ａへの嵌込み量Ｖｅは、図１０に示すように、回路構成部品２７の厚みＤの１０％〜７０％とすることが好適である。回路構成部品２７の嵌込み量Ｖｅが小さすぎると、回路構成部品２７が、部品保持部材２８から意図せずして外れるおそれがある。この一方で、回路構成部品２７の嵌込み量Ｖｅが大きすぎると、回路構成部品２７と部品保持部材２８とが強固に摩擦係合することになって、絶縁基板２上への回路構成部品２７の貼付時に、部品保持部材２８が分離し難くなる他、その分離により回路構成部品２７に意図しない変形が生じることが懸念される。
そのため、回路構成部品２７の嵌込み量Ｖｅは、その厚みＤの３０％〜９５％とすることがより一層好ましい。

なお、嵌合孔部２８ａ内に嵌め込まれた回路構成部品２７は、嵌合孔部２８ａ内に嵌め込まれた部分のうち、たとえば、回路構成部品２７の表面Ｓｆ側の角部に形成されて表面Ｓｆから突出するバリ等を含む接触部で、部品保持部材２８の嵌合孔部２８ａの壁面と接触して保持され得る。つまり、回路構成部品２７は、プレス成形により形成されることにより、図５（ｂ）に示す切断面８のような凹凸のある切断面を有することから、部品保持部材２８と、嵌合孔部２８ａ内に嵌め込まれた部分の側面全体では接触せずに、その一部のみの接触部で接触して保持される場合がある。
この場合、回路構成部品２７における、部品保持部材２８と接触するこの接触部の厚み方向の領域は、たとえば回路構成部品２７の厚みＤの１〜５％、典型的には回路構成部品２７の厚みＤの３％程度とすることができる。かかる接触部の領域は、回路構成部品２７の外周面の擦られた痕跡を確認することにより特定することができる。

そして、部品保持部材２８で回路構成部品２７を確実に保持させるとともに、絶縁基板２上へ回路構成部品２７を高い精度で強固に貼付するため、上述した嵌込み量Ｖｅの最大値と最小値の差は、０．３ｍｍ以下とすることが好適である。言い換えれば、嵌込み量Ｖｅの最大値と最小値の差が０．３ｍｍを上回ると、回路構成部品２７の各位置で嵌込み量のばらつきが生じて、部品保持部材２８からの回路構成部品２７の意図しない外れが生じる可能性がある他、絶縁基板２上に回路構成部品２７を貼付する際に、それらの十分な密着性が得られない懸念があるとともに、若干ずれて貼付されて所望の回路パターンが得られないことも考えられる。この観点より、嵌込み量Ｖｅの最大値と最小値の差は、０．１ｍｍ以下とすることがより好ましい。

嵌込み量Ｖｅの最大値と最小値の差は、回路構成部品２７を嵌合孔部２８ａ内へ嵌め込んだパターン５枚について、三次元計測器等を用いて回路構成部品２７の高さを測定し、最大の高さと最小の高さの差を求めることにより算出することができる。例えば定盤上にパターンを置き、定点に対する高さの差から求めることも可能である。
嵌込み量Ｖｅの最大値と最小値の差を上記のようにコントロールするには、たとえば、金型にスペーサを配置したり、ポンチの高さの調整を行って押し戻し量を調整したりすること等により行うことができる。

ここでは、金属板成形品２１はその全体にわたって均一な厚みＤを有するものとしているところ、回路構成部品２７の、部品保持部材２８の裏面Ｓｂからの突出高さＨｐでいえば、回路構成部品２７の厚みＤの３０％〜９０％とすることが好適であり、この突出高さＨｐは、より好ましくは、厚みＤの５％〜７０％とする。
なお、回路構成部品２７と部品保持部材２８との間には、その厚み方向の少なくとも一部に、摩擦係合箇所ＦＥが存在することになる。この摩擦係合箇所ＦＥは、回路構成部品２７が部品保持部材２８に保持されるのであれば、回路構成部品２７の周方向でその外周面の一部に存在するものであってもよいが、通常は、回路構成部品２７の外周面のほぼ全周にわたって存在する。

また、プレス成形により形成される金属板成形品２１では、嵌合孔部２８ａ内に嵌め込まれた複数個の回路構成部品２７の相互間の間隔Ｇ（つまり回路パターン幅）は、最も狭い箇所で、回路構成部品２７の厚みＤに対する比（Ｇ／Ｄ）で表して、０．５以上とすることができる。これは、回路構成部品２７の厚みＤに対する間隔Ｇの比（Ｇ／Ｄ）が０．５未満のものは、プレス成形による成形が困難となる可能性があることによる。

このような金属板１や、金属板成形品２１を用いることにより、絶縁基板２上に接合された複数個の回路構成部品７、２７が、回路構成部品の厚み方向の全体にわたって、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲で離隔した回路基板４を製造することが可能になる。

次に、この発明の回路基板用金属板を試作し、その効果を確認したので以下に説明する。但し、ここでの説明は単なる例示を目的としたものであり、それに限定されることを意図するものではない。

（試験例１）
回路基板用金属板の幅Ｗｐに対するダレ部形成領域の幅Ｗｄの割合を、表１及び２に示すように変化させたサンプルＡ〜Ｅの回路基板用金属板を作製し、各サンプルＡ〜Ｅを、拡散接合（熱圧着）、ろう付け等によりセラミックス板や樹脂に貼付して、その貼付け状況を外観観察により調査した。それらの結果をそれぞれ表１及び２に示す。

表１及び２中、「○」は、セラミックス板や樹脂と回路基板用金属板間に空隙・剥離等の欠陥がなく良好であったことを示し、「△」は、セラミックス板や樹脂と回路基板用金属板間に一部空隙や剥離の欠陥が認められたことを示し、「×」は、セラミックス板や樹脂と回路基板用金属板が貼り付かなかったことを示す。

表１及び２に示すところから、ダレ部形成領域の幅の割合（Ｗｄ／Ｗｐ×１００）が小さいほど、特に１０％以下であれば、セラミックス板や樹脂との貼り付けが良好になることが解かる。

（試験例２）
図７、８、１０に示すように、部品保持部材の嵌合孔部に回路構成部品を嵌め込んだ金属板成形品で、その嵌込み量の最大値と最小値との差を、表３及び４に示すように変化させたサンプルＡ〜Ｅを作製し、各サンプルＡ〜Ｅを、拡散接合（熱圧着）、ろう付け等によりセラミックス板や樹脂に貼付して、その貼付け状況を外観観察により調査した。それらの結果をそれぞれ表３及び４に示す。

表３及び４中、「○」は、セラミックス板や樹脂と金属板成形品間に空隙・剥離等の欠陥がなく良好であったことを示し、「△」は、セラミックス板や樹脂と金属板成形品間に一部空隙や剥離の欠陥が認められたことを示し、「×」は、セラミックス板や樹脂と金属板成形品が貼り付かなかったことを示す。

表３及び４より、嵌込み量の最大値と最小値の差が小さいほど、セラミックス板や樹脂との密着性が良好になり、特にこの差が０．３ｍｍ以下の場合は、セラミックス板や樹脂との間に、貼り付けの欠陥がほぼ確認されなかった。

１ 回路基板用金属板
２ 絶縁基板
３ 金属箔
４ 回路基板
６、２６ 回路パターン
７、２７ 回路構成部品
８ 切断面
８ａ 破断面領域
８ｂ せん断面領域
２１ 回路基板用金属板成形品
２８ 部品保持部材
２８ａ 嵌合孔部
５１ 金属材料
６１ パンチ
６２ ダイ
Ｄ 金属板、金属材料、回路構成部品の厚み
Ｈｐ 回路構成部品の突出高さ
Ｓｆ 表面
Ｓｂ 裏面
ＦＥ 摩擦係合箇所

この発明は、回路基板用金属板成形および、パワーモジュールの製造方法に関するものであり、特には、回路基板の絶縁基板上に設ける金属板の厚みの大小によらず、所要の絶縁性を確保できるパターニングを可能にする技術を提案するものである。

民生機器用や、ガソリン自動車、電気自動車その他の車載用等として用いられ得るパワーモジュールは一般に、絶縁基板の両面のそれぞれに、銅箔等の金属板を接合してなる回路基板を、ヒートシンクとして機能するベース板上に固定し、その回路基板上にパワートランジスタ等の半導体素子を搭載させて使用に供されるものであり、使用に際し、半導体素子が発する高熱をベース板に伝導させて、その熱を速やかに放散することが求められる。

なお、そのような回路基板では一般に、金属板に接合させる絶縁基板として、セラミックス基板を用いることがある。この場合、セラミックス基板には、当該金属板との直接接合が可能なアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）が用いられていたが、近年は、このアルミナ製セラミックス基板に代えて、特許文献１〜３等に記載されているように、優れた熱伝導性を有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の窒化物セラミックス基板とすることが有効であると考えられている。絶縁基板は樹脂材料等の他の材料で構成することもある。

特開昭６４−８４６４８号公報 特公平５−１８４７７号公報 特開平５−２１８２２９号公報

ところで、上述したような回路基板を製造するには、セラミックス基板等に代表される絶縁基板に、金属板を接合させた後、金属板の露出表面上に感光性フィルムをラミネートし、次いで、その感光性フィルムを露光及び現像することにより、感光性フィルムに所定のレジストパターンを形成し、その後、エッチングによって、レジストパターンを介して金属板の不要な部分を除去することにより、金属板に回路パターンを形成し、最後に、レジストパターンを剥離して除去することが一般に行われている。

しかるに、このように、絶縁基板上の金属板に、エッチングによって金属板の不要部分を除去することは、回路基板の製造工程を複雑化させて製造能率を低下させるとともに、製造コストの増大を招くという問題がある。特に、窒化アルミニウムからなる絶縁基板は比較的高価であるので、これを用いる回路基板では、エッチングによる回路パターンの形成は、回路基板の価格をさらに上昇させる。

また、上述したようにしてエッチングにより回路パターンを形成すると、エッチング反応が拡散律速で等方的に進行することに起因して、図１１に断面図で示すように、回路基板１０１の厚み方向で、金属板１０２の露出表面Ｓｅから絶縁基板１０３側の接合表面Ｓｂに向かうに従って、金属板１０２の除去される部分が少なくなる。その結果として、回路基板１０１の断面視で、エッチングにより除去せずに残した金属板１０２の複数の回路構成部分１０２ａ、１０２ｂの相互が、絶縁基板１０３側に向かうに従って次第に接近するテーパ形状をなすパターン溝１０４が形成されることが知られている。

これにより、特に、放熱性の向上等を目的として、回路基板１０１の金属板１０２を厚みが比較的厚いものとした場合は、絶縁基板１０３との接合表面Ｓｂ側の金属板１０２の不要部分がエッチングで十分に除去されずに、絶縁基板１０３側で金属板の複数の回路構成部分１０２ａ、１０２ｂが極めて近接し、又は甚だしくは接触することになり、パターニングによる絶縁性が確保されなくなるという問題があった。
この金属板は半導体素子の直下に位置することがあり、その厚みはパワーモジュールの放熱に大きく影響するところ、エッチングによって回路パターンの形成する手法では、上述した絶縁性低下の理由より、金属板の厚みを厚くすることには限界があるので、この手法によっては、金属板厚みの増大による放熱性の更なる向上を実現することができなかった。

この発明は、このような問題を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、回路基板用金属板の厚みの大小によらず、パターニングによる所要の絶縁性を確保しつつ、回路基板を容易に製造することのできる回路基板用金属板成形品および、パワーモジュールの製造方法を提供することにある。

発明者は鋭意検討の結果、当該技術分野ではこれまでに用いられていなかったプレス成形により、たとえば回路パターンに合わせた所定の形状の金属板を予め成形した後に、これを絶縁基板に接合させるという新規な手法を用いることにより、先述したようなエッチングによって回路パターンを形成する場合の問題を解決できることを新たに見出した。

かかる知見に基き、この発明の回路基板用金属板成形品は、プレス成形により形成されてなる回路基板用金属板を備える回路基板用金属板成形品であって、前記回路基板用金属板が、互いに離隔する複数個の回路構成部品を有し、複数個の回路構成部品のそれぞれの形状に対応する複数個の嵌合孔部を設けた部品保持部材を有し、前記部品保持部材の複数個の嵌合孔部内に、複数個の回路構成部品が、厚み方向の少なくとも一部で摩擦係合して嵌め込まれ、前記嵌合孔部内に嵌め込まれた複数個の回路構成部品が、部品保持部材の表面側で該表面から窪んで位置するとともに、部品保持部材の裏面側で該裏面から突出して位置してなるものである。
この発明の回路基板用金属板成形品は、前記回路基板用金属板が、プレス成形による切断面を有し、該切断面に、破断面領域とせん断面領域とが形成されたものとすることができる。

ここで、前記回路基板用金属板の裏面と前記切断面のせん断面領域とがなす角部に、前記切断面側に向けて当該回路基板用金属板の厚みを漸減させる向きに湾曲するダレ部が形成されていることがある。

この場合、前記ダレ部を通る断面視で、前記回路基板用金属板の幅Ｗｐに対するダレ部形成領域の幅Ｗｄの割合は、百分率で表して１０％以下であることが好ましい。
またこの場合、前記ダレ部を通る断面視で、回路基板用金属板の厚みＤに対するダレ部形成領域の高さＨｄの比が、１／３以下であることが好ましい。

上記の回路構成部品の厚みは、０．２ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内とすることが好ましい。

この発明の回路基板用金属板成形品では、部品保持部材の厚み方向で、回路構成部品の、前記嵌合孔部内への嵌込み量を、回路構成部品の厚みの１０％〜７０％の範囲内とすることが好ましい。
またここでは、回路構成部品の、前記嵌合孔部内への嵌込み量の最大値と最小値の差を、０．３ｍｍ以下とすることが好ましい。
なお、この明細書及び特許請求の範囲では、部品保持部材等の「表面」及び「裏面」との用語は、単に、部品保持部材等の一方の面と、その裏側の他方の面とを区別するためのみに用いており、「裏面」と「表面」とを入れ替えて解釈することも可能である。

そしてまたここでは、前記嵌合孔部内に嵌め込まれた複数個の回路構成部品の相互間の間隔は、回路構成部品の厚みに対する比で表して、０．５以上とすることが好ましい。
なお、上記の部品保持部材は、一方向に向けて延びる金属条の形状をなすものとすることができる。

この発明のパワーモジュールの製造方法は、プレス成形により回路構成部品を成形するに当り、金属材料を打ち抜いて、該金属材料を、互いに離隔する複数個の回路構成部品と、複数個の回路構成部品のそれぞれの外輪郭形状に対応する形状をなす複数個の嵌合孔部を設けた部品保持部材とに分離し、次いで、各回路構成部品を、部品保持部材の対応する各嵌合孔部内に、厚み方向の少なくとも一部で摩擦係合させて嵌め込んで、回路構成部品及び部品保持部材を有する金属板成形品を形成し、前記嵌合孔部内に嵌め込まれた複数個の回路構成部品が、部品保持部材の表面側で該表面から窪んで位置するとともに、部品保持部材の裏面側で該裏面から突出して位置し、回路構成部品を絶縁基板上に貼付させるに際し、前記金属板成形品の回路構成部品を絶縁基板に接合させ、その後、絶縁基板上の回路構成部品から、前記金属板成形品の部品保持部材を取り外して、該部品保持部材を除去する。

この発明によれば、プレス成形により所定の形状に成形された回路基板用金属板を、絶縁基板、例えばセラミックス基板上に接合させることにより、回路基板を容易に製造することができる。
また、プレス成形では、先述のエッチングのようなテーパ形状の断面にならない切断面を形成することができるので、金属板のパターニングによる所要の絶縁性を確保することができる。

回路基板用金属板を、セラミックス基板及び金属箔とともに示す斜視図である。 図１の回路基板用金属板を用いて製造した回路基板を示す斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 回路基板用金属板を成形することのできるプレス成形の各工程を模式的に示す部分断面図である。 図４のプレス成形により成形された回路基板用金属板における切断面の正面図及び、そのｂ−ｂ線に沿う部分断面図である。 図１のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。 この発明の回路基板用金属板成形品の一の実施形態を、セラミックス基板及び金属箔とともに示す斜視図である。 図７の回路基板用金属板成形品の裏面側を示す斜視図である。 図７の回路基板用金属板成形品を成形することのできるプレス成形の各工程を模式的に示す部分断面図である。 図７のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 エッチングによりセラミックス基板上の金属板の不要部分を除去して製造された回路基板の部分断面図である。

以下に図面を参照しながら、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１に例示するところにおいて、図中１は、回路基板用金属板（以下、単に「金属板」ともいう。）を示し、また、図中２は、回路基板用金属板１が表面に接合される絶縁基板を、図中３は、絶縁基板２の裏面に接合された金属箔をそれぞれ示す。

ここで、絶縁基板２は、セラミックス又は樹脂その他の材料からなるものである。絶縁基板２をセラミックス材料からなるものとする場合、そのようなセラミックス材料の具体例としては、たとえば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の酸化物セラミックス又は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の窒化物アルミニウムを挙げることができる。なかでも、窒化アルミニウムは、優れた熱伝導性を有し、パワー半導体素子により生じた熱を効果的に放散させることができるので、絶縁基板２の材質として好適である。

またここで、金属板１は、たとえば、純銅又は、所要の元素を添加した銅合金等の金属材料からなる金属箔ないし金属板の形態をなすものとすることができ、絶縁基板２の表面に直接的に接合され、又は銀のろう材もしくはチタンの接合層等を介して間接的に接合される。
より具体的には、金属板１を構成する純銅としては、たとえば、タフピッチ銅や、無酸素銅、高純度銅等を挙げることができ、また、銅合金としては、たとえば、錫含有銅やジルコニウム含有銅、銀含有銅、クロム含有銅等を挙げることができる。

そしてまた、金属箔３は、金属板１と同様の、純銅又は、所要の元素を添加した銅合金等の金属材料からなるものであり、絶縁基板２の裏面に直接的又は間接的に接合される。但し、回路基板によっては、絶縁基板２の裏面側にこのような金属箔３を設けないこともあるので、金属箔３は必須の構成ではない。

ここにおいて、従来は、金属箔を絶縁基板の表面上に、たとえば直接的に接合させた後、その金属箔の露出表面に感光性フィルムを積層させるとともに露光・現像してマスクし、エッチングによりマスクを介して金属箔の不要部分を除去して、金属箔に回路パターンを形成していた。
しかしながら、このようなエッチングによる回路パターンの形成は、工程が複雑であり、製造能率の低下及び製造コストの増加を招く他、特に金属箔の厚みを増加させた場合に、金属箔の厚み方向にわたって不要部分を確実にエッチング除去できないことから、絶縁性の低下をもたらすという問題があった。

この問題に対処するため、金属条等の形状をなす金属材料にプレス成形を施して、所定の形状の金属板１を予め成形し、この金属板１を、図１に矢印で示す如く絶縁基板２の表面上に接合させることができる。
それにより、従来技術のような複雑なエッチング工程を経ることなしに、図２に示すような回路基板４を製造することができる。またプレス成形により、図３に断面図で示すように、たとえば、金属板１の表面Ｓｆや裏面Ｓｂに対して略垂直な切断面８を形成することが可能になり、この場合、金属板１の厚み方向の全体にわたって、互いに対向する切断面８を所定の距離で離して位置させることができるので、所要の絶縁性を確実に確保することができる。

なお、上記の回路基板４を、必要に応じて、金属箔３側で、図示しないベース板（ヒートシンク）上に固定するとともに、回路基板４の金属板１上に、これも図示しない半導体素子を搭載することにより、パワーモジュールを製造することができる。

図１に示すところでは、金属板１は、プレス成形により回路パターン６が形成されたことに起因して、回路パターン６によって互いに離隔される複数個の回路構成部品７を有するものである。

さらにこの金属板１では、図１に示すように、複数個の回路構成部品７が、互いに連結されずに切り離されて、独立に存在している。
そのため、図１では、同図に矢印で示すように、金属板１の別個独立した複数個の回路構成部品７のそれぞれを、絶縁基板２の表面上の所定の箇所に接合することにより、図２に示すような回路パターン６を有する回路基板４を製造することができる。
このような互いに独立した複数個の回路構成部品７を有する金属板１は、後述のプレス成形の打抜き加工によって形成することができる。

金属板１を構成する各回路構成部品７の厚みＤは、たとえば、０．２ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内とすることができる。特に、金属板１を、たとえば０．５ｍｍ以上の厚みの回路構成部品７からなるものとした場合、上述したようにエッチングによってはパターニングによる絶縁性が低下する場合が多いので、この例のように、プレス成形により回路パターン６を予め付与した金属板１を用いることが有利である。
従って、この観点から、回路構成部品７は、厚みが０．２ｍｍ〜３．０ｍｍのものであることが有利である。この一方で、回路構成部品７の厚みが上記の上限値を超えるものである場合は、回路構成部品の形状不良が発生するおそれがある。

なお、このように回路構成部品７の厚みＤを比較的厚くすることで、その上に搭載される半導体素子が発する熱を、回路構成部品７で有効に放散することが可能になって、絶縁基板側に設けていたヒートシンクを不要とすることができる場合がある。この場合、ヒートシンクを設けないことにより、パワーモジュール全体として飛躍的な薄肉化、小型化を実現することができる。

上記のような金属板１をプレス成形により製造するには、たとえば、図４（ａ）に模式的に示すように、平板状の金属材料５１を、互いに離隔させて位置させたパンチ６１及びダイ６２の間に配置し、その後、図４（ｂ）に示すように、パンチ６１を、金属材料５１の厚みを超える押し込み量で、ダイ６２に向けて押し込んで、金属材料５１を打ち抜くことにより、金属板１の回路構成部品７を分離させてそれぞれ得ることができる。

この場合、金属板１の回路構成部品７の側面は、図５（ａ）に例示するような、上記のプレス成形の抜き加工により形成される切り口面としての切断面８になる。
より詳細には、この切断面８は、金属板１の厚み方向（図５（ａ）では上下方向）に直交する幅方向（図５（ａ）では左右方向）に延びる各一層の破断面領域８ａ及びせん断面領域８ｂからなるものであり、ここでは、破断面領域８ａは、金属板１の表面Ｓｆ側に位置するとともに、破断面領域８ａに隣接するせん断面領域８ｂは、金属板１の裏面Ｓｂ側に位置する。

なおここで、切断面８の上記のせん断面領域８ｂは、プレス成形によって金属板１の厚み方向に引き伸ばされた際にパンチ６１又はダイ６２に擦れることによって形成されるものと考えられ、図５（ａ）に示すように、厚み方向に若干の線状模様の入った平滑面となる。一方、破断面領域８ａは、プレス成形で引き伸ばされた後に、スクラップとなる金属板残部から引きちぎられることによって生じるものと考えられ、図５（ａ）に示すように、せん断面領域８ｂとは明確に異なり、凹凸が存在するディンプル状の面となることが知られている。

金属板１が、このような切断面８を有する場合、その切断面８のせん断面領域８ｂと、金属板１の裏面Ｓｂとがなす角部に、図５（ｂ）及び図６に断面図で示すように、切断面８側（図５（ｂ）では左側）に向けて金属板１の厚みを漸減させる向きに湾曲する曲面状等の傾斜面を有するダレ部９が形成されることがある。このようなダレ部９の形成は、プレス成形時のパンチの６１の押し込みに起因するものと考えられている。

かかるダレ部９が大きく形成されると、このダレ部９側である金属板１の裏面Ｓｂを、絶縁基板２に接合した際に、ダレ部９で絶縁基板２と十分に密着しないことになるので、回路基板４としての十分な密着性を確保し得ないことがある。なお、金属板１の表面Ｓｆ側の角部には、表面Ｓｆから突出するバリが形成され得るので、この表面Ｓｆ側を絶縁基板２に接合することは、密着性の観点から望ましいとはいえない。

それ故に、図６に示すように、ダレ部９を通る断面で視て、金属板１を構成する回路構成部品７の幅Ｗｐに対するダレ部形成領域の幅Ｗｄの割合（Ｗｄ／Ｗｐ）は、百分率で表して１０％以下とすることが好ましく、なかでも３％以下とすることがより好ましい。
また、同様にダレ部９を通る断面で視た場合、金属板１を構成する回路構成部品７の厚みＤに対するダレ部形成領域の高さＨｄの比（Ｈｄ／Ｄ）は、１／３以下とすることが好ましく、特に百分率で１％以下とすることがより好ましい。

それにより、ダレ部９を比較的小さくして、プレス成形により形成した金属板１であっても、絶縁基板２との密着性を大きく向上させることが可能になる。
回路構成部品７の幅Ｗｐに対するダレ部形成領域の幅Ｗｄの割合（Ｗｄ／Ｗｐ）が１０％を超える場合、ダレ部９が大きな幅方向の範囲で絶縁基板２と密着しないことから、密着性が不十分になるおそれがある。また、回路構成部品７の厚みＤに対するダレ部形成領域の高さＨｄの比（Ｈｄ／Ｄ）が１／３を超える場合、絶縁基板２との密着力が低下することが懸念される。

なおここで、ダレ部９は、図６に示す断面で、ダレ部９を通る断面で、回路構成部品７の、厚みが一定になる幅方向中央部の裏面Ｓｂに平行な直線と、切断面８の特にせん断面領域８ｂに平行な直線とで囲まれる領域にある部分とする。従って、回路構成部品７の厚みは、図６に示すように、切断面８側に向かうに従って、ダレ部９で次第に薄くなるところ、ダレ部形成領域の幅Ｗｄは、その厚みが薄くなり始める位置Ｐａから、切断面８のせん断面領域８ｂまでの長さを意味し、また、ダレ部形成領域の高さＨｄは、その位置Ｐａから、せん断面領域８ｂまでの長さを意味する。

図７に、一の実施形態の回路基板用金属板成形品２１（以下、単に「金属板成形品２１」ともいう。）を示す。
図７に示す金属板成形品２１は、先述したような複数個の回路構成部品２７と、さらに、回路構成部品２７のそれぞれが嵌め込まれた複数個の嵌合孔部２８ａを有する部品保持部材２８とを有する。この実施形態では、部品保持部材２８は、たとえば平面視が方形状等のプレート形状をなすものとしたが、図示は省略するが、一方向に向かって延びる長尺の金属条の形状のものとすることも可能であり、このような部品保持部材では、複数個の回路構成部品２７が嵌め込まれた複数個の嵌合孔部２８ａの複数組を、長尺の金属条の長手方向に一定のピッチで設けることができる。

ここでは、嵌合孔部２８ａのそれぞれは、各回路構成部品２７の外輪郭形状に対応させてそれと同一の平面輪郭形状を有するものとしている。そして、これらの嵌合孔部２８ａのそれぞれに、各回路構成部品２７が嵌め込まれ、回路構成部品２７が嵌合孔部２８ａ内に、その厚み方向の少なくとも一部で摩擦により係合している。

この金属板成形品２１では、回路構成部品２７は、部品保持部材２８とほぼ同一の厚みを有し、そして、各回路構成部品２７を厚み方向の一部で、嵌合孔部２８ａに摩擦係合させている。それにより、回路構成部品２７は、部品保持部材２８の表面Ｓｆ側では、図７に示すように、その表面Ｓｆから窪む位置に回路構成部品２７の表面が存在するとともに、部品保持部材２８の裏面Ｓｂ側では、図８に示すように、その裏面Ｓｂから突出する位置に回路構成部品２７の裏面が存在する。

このような金属板成形品２１を成形するには、たとえば、いわゆる順送金型等で、一方向に向けて間欠的に送られる金属材料５１に対し、図９（ａ）及び（ｂ）に例示するように、先述した実施形態と同様にして、パンチ６１を、金属材料５１の厚みを超える押し込み量で、ダイ６２に向けて押し込む打抜き加工を施すことにより、金属材料５１を、複数個の回路構成部品２７と、それらの回路構成部品２７を抜いた箇所に複数個の嵌合孔部２８ａが形成された部品保持部材２８とに分離する。
そしてその後、図９（ｃ）に示すように、部品保持部材２８から分離した回路構成部品２７を、部品保持部材２８の対応する嵌合孔部２８ａに押し戻して、各回路構成部品２７を、対応する各嵌合孔部２８ａ内に嵌め込むことにより、金属板成形品２１を成形することができる。

金属板成形品２１は、かかるプレス成形により成形されるものであるので、回路構成部品２７の外周面（側面）には、先述したような破断面領域及びせん断面領域が形成された切断面となる。

金属板成形品２１をパワーモジュールの製造に用いるに当っては、回路構成部品２７が突出する側の裏面Ｓｂを、絶縁基板２の表面上に接合した後、たとえば、回路構成部品２７を絶縁基板２側に押圧した状態で、絶縁基板２側とは反対側の向きに、部品保持部材２８を引っ張ることで、回路構成部品２７から部品保持部材２８を取り外して、部品保持部材２８を除去する。なおその後は、先述したところと同様にして、回路構成部品２７上に半導体素子を搭載させるとともに、必要に応じて、金属箔３側にベース板を設けることにより、パワーモジュールを製造することができる。
ここでは、絶縁基板２の表面に接合させるまで、絶縁基板２上での所期した回路パターンを形成する複数個の回路構成部品２７の所定の配置態様を、部品保持部材２８により維持することができるので、回路構成部品２７を、部品保持部材２８に保持された状態で、絶縁基板２の表面に接合させるという極めて簡便な方法により、回路基板４を製造することができる。また、この実施形態の金属板成形品２１は、複数個の回路構成部品２７の形状が部品保持部材２８で確実に維持されるので、微細な回路の形成精度を大きく高めることができる。

上記の金属板成形品２１では、回路構成部品２７を部品保持部材２８に確実に保持させつつ、回路構成部品２７を絶縁基板２の表面に接合した後の部品保持部材２８の分離を、大きな力を要することなしに容易に行い得るものとすることが望ましい。
この観点から、部品保持部材２８の厚み方向で、回路構成部品２７の、嵌合孔部２８ａへの嵌込み量Ｖｅは、図１０に示すように、回路構成部品２７の厚みＤの１０％〜７０％とすることが好適である。回路構成部品２７の嵌込み量Ｖｅが小さすぎると、回路構成部品２７が、部品保持部材２８から意図せずして外れるおそれがある。この一方で、回路構成部品２７の嵌込み量Ｖｅが大きすぎると、回路構成部品２７と部品保持部材２８とが強固に摩擦係合することになって、絶縁基板２上への回路構成部品２７の貼付時に、部品保持部材２８が分離し難くなる他、その分離により回路構成部品２７に意図しない変形が生じることが懸念される。
そのため、回路構成部品２７の嵌込み量Ｖｅは、その厚みＤの３０％〜９５％とすることがより一層好ましい。

なお、嵌合孔部２８ａ内に嵌め込まれた回路構成部品２７は、嵌合孔部２８ａ内に嵌め込まれた部分のうち、たとえば、回路構成部品２７の表面Ｓｆ側の角部に形成されて表面Ｓｆから突出するバリ等を含む接触部で、部品保持部材２８の嵌合孔部２８ａの壁面と接触して保持され得る。つまり、回路構成部品２７は、プレス成形により形成されることにより、図５（ｂ）に示す切断面８のような凹凸のある切断面を有することから、部品保持部材２８と、嵌合孔部２８ａ内に嵌め込まれた部分の側面全体では接触せずに、その一部のみの接触部で接触して保持される場合がある。
この場合、回路構成部品２７における、部品保持部材２８と接触するこの接触部の厚み方向の領域は、たとえば回路構成部品２７の厚みＤの１〜５％、典型的には回路構成部品２７の厚みＤの３％程度とすることができる。かかる接触部の領域は、回路構成部品２７の外周面の擦られた痕跡を確認することにより特定することができる。

そして、部品保持部材２８で回路構成部品２７を確実に保持させるとともに、絶縁基板２上へ回路構成部品２７を高い精度で強固に貼付するため、上述した嵌込み量Ｖｅの最大値と最小値の差は、０．３ｍｍ以下とすることが好適である。言い換えれば、嵌込み量Ｖｅの最大値と最小値の差が０．３ｍｍを上回ると、回路構成部品２７の各位置で嵌込み量のばらつきが生じて、部品保持部材２８からの回路構成部品２７の意図しない外れが生じる可能性がある他、絶縁基板２上に回路構成部品２７を貼付する際に、それらの十分な密着性が得られない懸念があるとともに、若干ずれて貼付されて所望の回路パターンが得られないことも考えられる。この観点より、嵌込み量Ｖｅの最大値と最小値の差は、０．１ｍｍ以下とすることがより好ましい。

嵌込み量Ｖｅの最大値と最小値の差は、回路構成部品２７を嵌合孔部２８ａ内へ嵌め込んだパターン５枚について、三次元計測器等を用いて回路構成部品２７の高さを測定し、最大の高さと最小の高さの差を求めることにより算出することができる。例えば定盤上にパターンを置き、定点に対する高さの差から求めることも可能である。
嵌込み量Ｖｅの最大値と最小値の差を上記のようにコントロールするには、たとえば、金型にスペーサを配置したり、ポンチの高さの調整を行って押し戻し量を調整したりすること等により行うことができる。

ここでは、金属板成形品２１はその全体にわたって均一な厚みＤを有するものとしているところ、回路構成部品２７の、部品保持部材２８の裏面Ｓｂからの突出高さＨｐでいえば、回路構成部品２７の厚みＤの３０％〜９０％とすることが好適であり、この突出高さＨｐは、より好ましくは、厚みＤの５％〜７０％とする。
なお、回路構成部品２７と部品保持部材２８との間には、その厚み方向の少なくとも一部に、摩擦係合箇所ＦＥが存在することになる。この摩擦係合箇所ＦＥは、回路構成部品２７が部品保持部材２８に保持されるのであれば、回路構成部品２７の周方向でその外周面の一部に存在するものであってもよいが、通常は、回路構成部品２７の外周面のほぼ全周にわたって存在する。

また、プレス成形により形成される金属板成形品２１では、嵌合孔部２８ａ内に嵌め込まれた複数個の回路構成部品２７の相互間の間隔Ｇ（つまり回路パターン幅）は、最も狭い箇所で、回路構成部品２７の厚みＤに対する比（Ｇ／Ｄ）で表して、０．５以上とすることができる。これは、回路構成部品２７の厚みＤに対する間隔Ｇの比（Ｇ／Ｄ）が０．５未満のものは、プレス成形による成形が困難となる可能性があることによる。

このような金属板１や、金属板成形品２１を用いることにより、絶縁基板２上に接合された複数個の回路構成部品７、２７が、回路構成部品の幅方向の全体にわたって、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲で離隔した回路基板４を製造することが可能になる。

次に、この発明の回路基板用金属板を試作し、その効果を確認したので以下に説明する。但し、ここでの説明は単なる例示を目的としたものであり、それに限定されることを意図するものではない。

（試験例１）
回路基板用金属板の幅Ｗｐに対するダレ部形成領域の幅Ｗｄの割合を、表１及び２に示すように変化させたサンプルＡ〜Ｅの回路基板用金属板を作製し、各サンプルＡ〜Ｅを、拡散接合（熱圧着）、ろう付け等によりセラミックス板や樹脂に貼付して、その貼付け状況を外観観察により調査した。それらの結果をそれぞれ表１及び２に示す。

表１及び２中、「○」は、セラミックス板や樹脂と回路基板用金属板間に空隙・剥離等の欠陥がなく良好であったことを示し、「△」は、セラミックス板や樹脂と回路基板用金属板間に一部空隙や剥離の欠陥が認められたことを示し、「×」は、セラミックス板や樹脂と回路基板用金属板が貼り付かなかったことを示す。

表１及び２に示すところから、ダレ部形成領域の幅の割合（Ｗｄ／Ｗｐ×１００）が小さいほど、特に１０％以下であれば、セラミックス板や樹脂との貼り付けが良好になることが解かる。

（試験例２）
図７、８、１０に示すように、部品保持部材の嵌合孔部に回路構成部品を嵌め込んだ金属板成形品で、その嵌込み量の最大値と最小値との差を、表３及び４に示すように変化させたサンプルＡ〜Ｅを作製し、各サンプルＡ〜Ｅを、拡散接合（熱圧着）、ろう付け等によりセラミックス板や樹脂に貼付して、その貼付け状況を外観観察により調査した。それらの結果をそれぞれ表３及び４に示す。

表３及び４中、「○」は、セラミックス板や樹脂と金属板成形品間に空隙・剥離等の欠陥がなく良好であったことを示し、「△」は、セラミックス板や樹脂と金属板成形品間に一部空隙や剥離の欠陥が認められたことを示し、「×」は、セラミックス板や樹脂と金属板成形品が貼り付かなかったことを示す。

表３及び４より、嵌込み量の最大値と最小値の差が小さいほど、セラミックス板や樹脂との密着性が良好になり、特にこの差が０．３ｍｍ以下の場合は、セラミックス板や樹脂との間に、貼り付けの欠陥がほぼ確認されなかった。

１ 回路基板用金属板
２ 絶縁基板
３ 金属箔
４ 回路基板
６、２６ 回路パターン
７、２７ 回路構成部品
８ 切断面
８ａ 破断面領域
８ｂ せん断面領域
２１ 回路基板用金属板成形品
２８ 部品保持部材
２８ａ 嵌合孔部
５１ 金属材料
６１ パンチ
６２ ダイ
Ｄ 金属板、金属材料、回路構成部品の厚み
Ｈｐ 回路構成部品の突出高さ
Ｓｆ 表面
Ｓｂ 裏面
ＦＥ 摩擦係合箇所

この発明は、回路基板用金属板成形品および、パワーモジュールの製造方法に関するものであり、特には、回路基板の絶縁基板上に設ける金属板の厚みの大小によらず、所要の絶縁性を確保できるパターニングを可能にする技術を提案するものである。

かかる知見に基き、この発明の回路基板用金属板成形品は、プレス成形により形成されてなる回路基板用金属板を備える回路基板用金属板成形品であって、前記回路基板用金属板が、互いに離隔して位置して回路パターンを形成する複数個の回路構成部品を有し、複数個の回路構成部品のそれぞれの形状に対応する複数個の嵌合孔部を設けた部品保持部材を有し、前記部品保持部材の複数個の嵌合孔部内に、複数個の回路構成部品が、厚み方向の少なくとも一部で摩擦係合して嵌め込まれ、前記嵌合孔部内に嵌め込まれた複数個の回路構成部品が、部品保持部材の表面側で該表面から窪んで位置するとともに、部品保持部材の裏面側で該裏面から突出して位置し、部品保持部材の厚み方向で、回路構成部品の、前記嵌合孔部内への嵌込み量を、回路構成部品の厚みの１０％〜７０％の範囲内としてなるものである。
この発明の回路基板用金属板成形品は、前記回路基板用金属板が、プレス成形による切断面を有し、該切断面に、破断面領域とせん断面領域とが形成されたものとすることができる。

この発明の回路基板用金属板成形品では、回路構成部品の、前記嵌合孔部内への嵌込み量の最大値と最小値の差を、０．３ｍｍ以下とすることが好ましい。
なお、この明細書及び特許請求の範囲では、部品保持部材等の「表面」及び「裏面」との用語は、単に、部品保持部材等の一方の面と、その裏側の他方の面とを区別するためのみに用いており、「裏面」と「表面」とを入れ替えて解釈することも可能である。

この発明のパワーモジュールの製造方法は、プレス成形により回路構成部品を成形するに当り、金属材料を打ち抜いて、該金属材料を、互いに離隔して位置して回路パターンを形成する複数個の回路構成部品と、複数個の回路構成部品のそれぞれの外輪郭形状に対応する形状をなす複数個の嵌合孔部を設けた部品保持部材とに分離し、次いで、各回路構成部品を、部品保持部材の対応する各嵌合孔部内に、厚み方向の少なくとも一部で摩擦係合させて嵌め込んで、回路構成部品及び部品保持部材を有する金属板成形品を形成し、前記嵌合孔部内に嵌め込まれた複数個の回路構成部品が、部品保持部材の表面側で該表面から窪んで位置するとともに、部品保持部材の裏面側で該裏面から突出して位置し、部品保持部材の厚み方向で、回路構成部品の、前記嵌合孔部内への嵌込み量を、回路構成部品の厚みの１０％〜７０％の範囲内とし、回路構成部品を絶縁基板上に貼付させるに際し、前記金属板成形品の回路構成部品を絶縁基板に接合させ、その後、絶縁基板上の回路構成部品から、前記金属板成形品の部品保持部材を取り外して、該部品保持部材を除去する。

Claims (19)

1. プレス成形により形成されてなる回路基板用金属板。
2. プレス成形による切断面を有し、該切断面に、破断面領域とせん断面領域とが形成されてなる請求項１に記載の回路基板用金属板。
3. 当該回路基板用金属板の裏面と前記切断面のせん断面領域とがなす角部に、前記切断面側に向けて当該回路基板用金属板の厚みを漸減させる向きに湾曲するダレ部が形成されてなる請求項２に記載の回路基板用金属板。
4. 前記ダレ部を通る断面視で、当該回路基板用金属板の幅Ｗｐに対するダレ部形成領域の幅Ｗｄの割合が、百分率で表して１０％以下である請求項３に記載の回路基板用金属板。
5. 前記ダレ部を通る断面視で、回路基板用金属板の厚みＤに対するダレ部形成領域の高さＨｄの比が、１／３以下である請求項３又は４に記載の回路基板用金属板。
6. 互いに離隔する複数個の回路構成部品を有してなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路基板用金属板。
7. 前記回路構成部品の厚みを、０．２ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲内としてなる請求項６に記載の回路基板用金属板。
8. 複数個の回路構成部品が、互いに切り離されて独立して存在してなる請求項６又は７に記載の回路基板用金属板。
9. 請求項６又は７に記載の回路基板用金属板を備える回路基板用金属板成形品であって、複数個の回路構成部品のそれぞれの形状に対応する複数個の嵌合孔部を設けた部品保持部材を有し、前記部品保持部材の複数個の嵌合孔部内に、複数個の回路構成部品が、厚み方向の少なくとも一部で摩擦係合して嵌め込まれてなる回路基板用金属板成形品。
10. 部品保持部材の厚み方向で、回路構成部品の、前記嵌合孔部内への嵌込み量を、回路構成部品の厚みの１０％〜７０％の範囲内としてなる請求項９に記載の回路基板用金属板成形品。
11. 回路構成部品の、前記嵌合孔部内への嵌込み量の最大値と最小値の差を、０．３ｍｍ以下とする請求項９又は１０に記載の回路基板用金属板成形品。
12. 前記嵌合孔部内に嵌め込まれた複数個の回路構成部品が、部品保持部材の表面側で該表面から窪んで位置するとともに、部品保持部材の裏面側で該裏面から突出して位置してなる請求項９〜１１のいずれか一項に記載の回路基板用金属板成形品。
13. 前記嵌合孔部内に嵌め込まれた複数個の回路構成部品の相互間の間隔を、回路構成部品の厚みに対する比で表して、０．５以上としてなる請求項９〜１２のいずれか一項に記載の回路基板用金属板成形品。
14. 前記部品保持部材が、一方向に向けて延びる金属条の形状をなす請求項９〜１３のいずれか一項に記載の回路基板用金属板成形品。
15. 請求項６〜８のいずれか一項に記載の回路基板用金属板の回路構成部品と、前記回路構成部品が接合された絶縁基板とを備える回路基板。
16. 絶縁基板上に接合された複数個の回路構成部品が、該回路構成部品の厚み方向の全体にわたって、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内で互いに離隔して配置されてなる請求項１５に記載の回路基板。
17. 請求項１５又は１６に記載の回路基板を備えるパワーモジュール。
18. プレス成形により金属材料を打ち抜いて、該金属材料から、互いに離隔する複数個の回路構成部品を成形し、その後、回路構成部品を絶縁基板上に貼付させ、回路構成部品上に半導体素子を搭載する、パワーモジュールの製造方法。
19. プレス成形により回路構成部品を成形するに当り、前記金属材料を打ち抜いて、該金属材料を、互いに離隔する複数個の回路構成部品と、複数個の回路構成部品のそれぞれの外輪郭形状に対応する形状をなす複数個の嵌合孔部を設けた部品保持部材とに分離し、次いで、各回路構成部品を、部品保持部材の対応する各嵌合孔部内に、厚み方向の少なくとも一部で摩擦係合させて嵌め込んで、回路構成部品及び部品保持部材を有する金属板成形品を形成し、
    回路構成部品を絶縁基板上に貼付させるに際し、前記金属板成形品の回路構成部品を絶縁基板に接合させ、その後、絶縁基板上の回路構成部品から、前記金属板成形品の部品保持部材を取り外して、該部品保持部材を除去する、請求項１８に記載のパワーモジュールの製造方法。