JP2018137375A - 絶縁回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接合時における仮止め材由来の炭素残渣を抑制するとともに、仮止め材によって金属片を確実に仮止めすることができ、絶縁性に優れた絶縁回路基板を比較的容易に製造することが可能な絶縁回路基板の製造方法を提供する。【解決手段】絶縁層と、この絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、前記絶縁層の表面に金属片を接合する金属片接合工程Ｓ０１を備えており、金属片接合工程Ｓ０１においては、前記絶縁層と前記金属片との接合界面に、アクリル系樹脂と溶剤とを含有する仮止め材を塗布し、前記絶縁層と前記金属片とを位置決めした状態で仮止めする積層工程Ｓ１１と、この積層体を積層方向に加圧して加熱することにより、前記絶縁層と前記金属片を接合する接合工程Ｓ１２と、を有している。【選択図】図２

Description

この発明は、絶縁層と、この絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法に関するものである。

パワーモジュール、ＬＥＤモジュール及び熱電モジュールにおいては、絶縁層の一方の面に導電材料からなる回路層を形成した絶縁回路基板に、パワー半導体素子、ＬＥＤ素子及び熱電素子が接合された構造とされている。
また、上述の絶縁回路基板においては、絶縁層の一方の面に導電性の優れた金属片を接合して回路層とし、また、他方の面に放熱性に優れた金属片を接合して金属層を形成した構造のものが提供されている。
さらに、回路層に搭載した素子等において発生した熱を効率的に放散させるために、絶縁層の他方の面側にヒートシンクを接合したヒートシンク付き絶縁回路基板も提供されている。

例えば、特許文献１には、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム片を接合することで回路層が形成されるとともに、他方の面にアルミニウム片を接合することにより金属層が形成された絶縁回路基板と、この回路層上にはんだ材を介して接合された半導体素子と、を備えたパワーモジュールが開示されている。
また、特許文献２には、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム片を接合し、このアルミニウム片に銅片を固相拡散接合することにより、アルミニウム層と銅層とが積層された回路層を形成した絶縁回路基板が提案されている。
さらに、特許文献３には、セラミックスからなる基材の一方の面に導電性の回路層が形成され、絶縁基板の他方の面に放熱体が接合され、回路層上に発光素子が搭載された構造のＬＥＤモジュールが開示されている。

ここで、セラミックス基板と金属片、アルミニウム片と銅片等を接合する場合には、例えば特許文献４−６に記載されているように、接合する部材の間にポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等の有機物を含む仮止め材を用いて、部材同士の位置合せをして仮止めした状態で積層方向に加圧して加熱することにより、部材同士を接合している。

特許第３１７１２３４号公報 特許第５４０３１２９号公報 特開２０１５−０７０１９９号公報 特開２０１４−１７５４２５号公報 特開２０１４−２０９５９１号公報 特開２０１６−１０５４５２号公報

ところで、上述のようにポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等の有機物を含む仮止め材を用いて金属片を仮止めし、これを加圧して加熱することによって金属片を接合することにより回路層を形成した際には、仮止め材の一部が加熱時に炭化し、回路パターン間に付着することにより、回路層のパターン間、あるいは、絶縁層を挟んで位置する回路層と金属層との絶縁性が不十分となるおそれがあった。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、接合時における仮止め材の炭素残渣の発生を抑制するとともに、仮止め材によって金属片を確実に仮止めすることができ、絶縁性に優れた絶縁回路基板を比較的容易に製造することが可能な絶縁回路基板の製造方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層と、この絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、前記絶縁層の表面に金属片を接合する金属片接合工程を備えており、前記金属片接合工程においては、前記絶縁層と前記金属片との接合界面に、アクリル系樹脂と溶剤とを含有する仮止め材を塗布し、前記絶縁層と前記金属片とを位置決めした状態で仮止めする積層工程と、この積層体を積層方向に加圧して加熱することにより、前記絶縁層と前記金属片を接合する接合工程と、を有していることを特徴としている。

この構成の絶縁回路基板の製造方法によれば、熱分解性に優れたアクリル系樹脂を含む仮止め材を用いて絶縁層と金属片とを仮止めしているので、接合工程において加熱した際に仮止め材のアクリル系樹脂が速やかに熱分解され、仮止め材の炭素残渣が少なくなり、接合時における回路パターン間への炭素残渣の付着を抑制することができる。これにより、絶縁性に優れた絶縁回路基板を製造することができる。
また、アクリル系樹脂と溶剤とを含有する仮止め材の粘着力により、絶縁層と金属片とを確実に仮止めすることができる。これにより、その後の工程における金属片の脱落や位置ズレの発生を抑制することができ、絶縁回路基板の製造が容易となる。

また、本発明の絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層と、この絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、前記回路層及び前記金属層の少なくとも一方は、前記絶縁層側に配置されたアルミニウム層と、このアルミニウム層に積層された銅層と、を有し、前記アルミニウム層の表面に銅又は銅合金からなる金属片を接合することによって前記銅層を形成する金属片接合工程を備えており、前記金属片接合工程においては、前記アルミニウム層と前記金属片との接合界面に、アクリル系樹脂と溶剤とを含有する仮止め材を塗布し、前記アルミニウム層と前記金属片とを位置決めした状態で仮止めする積層工程と、この積層体を積層方向に加圧して加熱することにより、前記アルミニウム層と前記金属片を接合する接合工程と、を有していることを特徴としている。

この構成の絶縁回路基板の製造方法によれば、熱分解性に優れたアクリル系樹脂を含む仮止め材を用いてアルミニウム層と金属片とを仮止めしているので、接合工程において加熱した際に仮止め材のアクリル系樹脂が速やかに熱分解され、仮止め材の炭素残渣が少なくなり、接合時におけるパターン間への炭素残渣の付着を抑制することができる。これにより、絶縁性に優れた絶縁回路基板を製造することができる。
また、アクリル系樹脂と溶剤とを含有する仮止め材の粘着力により、アルミニウム層と金属片とを確実に仮止めすることができる。これにより、その後の工程における金属片の脱落や位置ズレの発生を抑制することができ、絶縁回路基板の製造が容易となる。

ここで、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記仮止め材に含まれる溶剤の沸点が１５０℃以上であることが好ましい。
この場合、仮止め材を塗布後に、溶剤が急激に揮発することがなく、仮止め材の粘着力を確保することができ、金属片を確実に仮止めすることができる。

また、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記仮止め材は、前記アクリル系樹脂の含有量Ａと溶剤の含有量Ｂとの重量比Ａ／Ｂが３０／７０以上９０／１０以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記アクリル系樹脂の含有量Ａと溶剤の含有量Ｂとの重量比Ａ／Ｂが３０／７０以上とされているので、仮止め材の流動性が低くなり、金属片を確実に固定することができる。
一方、前記アクリル系樹脂の含有量Ａと溶剤の含有量Ｂとの重量比Ａ／Ｂが９０／１０以下とされているので、溶剤によって粘着性を確保することができ、金属片を確実に固定することができる。

さらに、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記仮止め材は、沸点範囲が互いに異なる低沸点溶剤と高沸点溶剤の少なくとも２種以上の溶剤を含むものであってもよい。
この場合、前記仮止め材は、沸点範囲が互いに異なる低沸点溶剤と高沸点溶剤の少なくとも２種以上の溶剤を含有しているので、溶剤の比率が高く粘度が低い状態で仮止め材を良好に塗布することができる。そして、仮止め材を塗布後に低沸点溶剤が揮発することで仮止め材の粘度が上昇することになり、金属片を確実に固定することができる。

また、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記低沸点溶剤の沸点範囲が５０℃以上１５０℃未満の範囲内とされ、前記高沸点溶剤の沸点範囲が１８０℃以上３００℃以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、沸点範囲が５０℃以上１５０℃未満の範囲内とされた低沸点溶剤を含んでいるので、仮止め材を塗布する際には粘度が低く、塗布後に低沸点溶剤が速やかに揮発して仮止め材の粘度が上昇し、金属片を確実に固定することができる。
一方、沸点範囲が１８０℃以上３００℃以下の範囲内とされた高沸点溶剤を有しているので、溶剤が容易に揮発することがなく、アクリル系樹脂と高沸点溶剤とを有することで粘着性が確保され、金属片を確実に固定できるとともに、高沸点溶剤を接合工程で揮発させることができる。

さらに、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記仮止め材は、前記アクリル系樹脂の含有量Ａと前記高沸点溶剤の含有量Ｂとの重量比Ａ／Ｂが３０／７０以上９０／１０以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記アクリル系樹脂の含有量Ａと前記高沸点溶剤の含有量Ｂとの重量比Ａ／Ｂが３０／７０以上とされているので、仮止め材の流動性が低くなり、金属片を確実に固定することができる。
一方、前記アクリル系樹脂の含有量Ａと前記高沸点溶剤の含有量Ｂとの重量比Ａ／Ｂが９０／１０以下とされているので、溶剤によって粘着性を確保することができ、金属片を確実に固定することができる。

また、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記仮止め材を塗布した後に、低沸点溶剤を揮発させることが好ましい。
この場合、仮止め材を塗布する際には低沸点溶剤を含んでいることから容易に塗布することができ、塗布後に低沸点溶剤を揮発させることで仮止め材の粘度が上昇し、金属片を確実に固定することができる。

本発明によれば、接合時におけるパターン間への炭素残渣の付着を抑制するとともに、仮止め材によって金属片を確実に仮止めすることができ、絶縁性に優れた絶縁回路基板を比較的容易に製造することが可能な絶縁回路基板の製造方法を提供することができる。

本発明の第一の実施形態である絶縁回路基板の製造方法によって製造された絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの断面説明図である。 図１に示す絶縁回路基板の製造方法を示すフロー図である。 図１に示す絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。 本発明の第二の実施形態である絶縁回路基板の製造方法によって製造された絶縁回路基板の概略説明図である。 図４に示す絶縁回路基板の製造方法を示すフロー図である。 図４に示す絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。

以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。
図１に、本発明の実施形態である絶縁回路基板の製造方法によって製造された絶縁回路基板１０、及び、この絶縁回路基板１０を用いたパワーモジュール１を示す。

このパワーモジュール１は、絶縁回路基板１０と、この絶縁回路基板１０の一方側（図１において上側）にはんだ層２を介して接合された半導体素子３と、絶縁回路基板１０の他方側（図１において下側）に配設されたヒートシンク３１と、を備えている。

はんだ層２は、例えばＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、若しくはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ材（いわゆる鉛フリーはんだ材）とされている。
半導体素子３は、半導体を備えた電子部品であり、必要とされる機能に応じて種々の半導体素子が選択される。

絶縁回路基板１０は、図１に示すように、絶縁層となるセラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面（図１において上面）に配設された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面（図１において下面）に形成された金属層１３と、を備えている。

セラミックス基板１１は、回路層１２と金属層１３との間の電気的接続を防止するものであって、絶縁性の高いＡｌＮ（窒化アルミニウム）で構成されている。また、セラミックス基板１１の厚さは、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。

回路層１２は、図３に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に銅又は銅合金からなる金属片２２が接合されることにより形成されている。銅又は銅合金としては、無酸素銅やタフピッチ銅等を用いることができる。本実施形態においては、回路層１２を構成する金属片２２として、無酸素銅の圧延板を打抜いたものが用いられている。
この回路層１２には、上述の金属片２２をパターン状に接合することで回路パターンが形成されており、その一方の面（図１において上面）が、半導体素子３が搭載される搭載面とされている。ここで、回路層１２の厚さは０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では０．６ｍｍに設定されている。

金属層１３は、図３に示すように、セラミックス基板１１の他方の面に銅又は銅合金からなる金属片２３が接合されることにより形成されている。金属片２３としては、無酸素銅やタフピッチ銅等で構成されたものを用いることができる。本実施形態においては、金属層１３を構成する金属片２３として、タフピッチ銅の圧延板が用いられている。ここで、金属層１３の厚さは０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では０．６ｍｍに設定されている。

ヒートシンク３１は、絶縁回路基板１０側の熱を放散するためのものである。ヒートシンク３１は、熱伝導性が良好なアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されており、本実施形態においては、Ａ６０６３合金で構成されている。このヒートシンク３１の厚さは、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内に設定されている。
なお、ヒートシンク３１と絶縁回路基板１０の金属層１３とは、固相拡散接合されている。

次に、本実施形態である絶縁回路基板の製造方法について、図２及び図３を用いて説明する。
まず、図３で示すように、セラミックス基板１１の一方の面に複数の金属片２２を接合して回路層１２を形成するとともに、セラミックス基板１１の他方の面に金属片２３を接合して金属層１３を形成する（金属片接合工程Ｓ０１）。

この金属片接合工程Ｓ０１においては、まず、図３に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に、ろう材箔２６を介在させて回路層１２となる金属片２２を積層し、セラミックス基板１１の他方の面に、ろう材箔２７を介在させ、金属層１３となる金属片２３を積層する（積層工程Ｓ１１）。ここで、ろう材箔２６，２７として、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を用いており、その厚さが５μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とされている。

そして、この積層工程Ｓ１１においては、セラミックス基板１１と金属片２２との接合界面、及び、セラミックス基板１１と金属片２２との接合界面に、それぞれ仮止め材４０が配設されており、金属片２２、ろう材箔２６、セラミックス基板１１、ろう材箔２７、金属片２３がそれぞれ位置決めされて仮止めされている。
ここで、本実施形態では、セラミックス基板１１の一方の面に複数の金属片２２をパターン状に配置することにより、回路パターンが形成される。

そして、本実施形態において使用される仮止め材４０は、アクリル系樹脂と溶剤とを含有するものとされている。図３に示すように、金属片２２，２３及びセラミックス基板１１に仮止め材４０を塗布することによって、金属片２２、ろう材箔２６、セラミックス基板１１、ろう材箔２７、金属片２３が仮止めされることになる。なお、金属片２２，２３及びセラミックス基板１１に仮止め材４０を塗布せず、ろう材箔２６、２７の両面に仮止め材４０を塗布することも可能である。

仮止め材４０に含有される溶剤は、沸点が１５０℃以上であるとよい。沸点が１５０℃以上とされているので、塗布後の急激な揮発を防止し、仮止めの効果を維持することが可能となる。
なお、仮止め材４０は、アクリル系樹脂の含有量Ａと沸点が１５０℃以上の溶剤の含有量Ｂとの重量比Ａ／Ｂが３０／７０以上９０／１０以下の範囲内とされている。
なお、溶剤としては、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、モノプロピレングリコールモノメチルエーテル、テルピネオール、メチルカルビトール、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、フタル酸ジブチル、フタル酸ビス（２−エチルヘキシル）等を用いることができる。

また、仮止め材４０に含有される溶剤として、沸点範囲が互いに異なる低沸点溶剤と高沸点溶剤の少なくとも２種以上の溶剤を用いることも可能である。この場合、具体的には、沸点範囲が１８０℃以上３００℃以下の範囲内とされた高沸点溶剤と、沸点範囲が５０℃以上１５０℃未満の範囲内とされた低沸点溶剤と、からなる溶剤を用いることができる。
低沸点溶剤としては、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、トルエン、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、モノプロピレングリコールモノメチルエーテル等を適用することができる。
高沸点溶剤としては、テルピネオール、メチルカルビトール、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、フタル酸ジブチル、フタル酸ビス（２−エチルヘキシル）等を用いることができる。
なお、沸点範囲が互いに異なる低沸点溶剤と高沸点溶剤の少なくとも２種以上の溶剤を用いる場合、アクリル系樹脂の含有量Ａと高沸点溶剤の含有量Ｂとの重量比Ａ／Ｂが３０／７０以上９０／１０以下の範囲内とするとよい。

また、この仮止め材４０の塗布方法としては、ディスペンサー、スクリーン印刷、スプレー等の各種方法を適用することができる。
ここで、塗布時における仮止め材４０の粘度範囲は、それぞれの塗布方法に適した粘度範囲とすることができる。例えば、ディスペンサーを用いる場合には０．０１Ｐａ・ｓ以上１０Ｐａ・ｓ以下の範囲内とすることが好ましい。また、スクリーン印刷を用いる場合には１０Ｐａ・ｓ以上２００Ｐａ・ｓ以下の範囲内とすることが好ましい。さらに、スプレーを用いる場合には０．００１Ｐａ・ｓ以上１０Ｐａ・ｓ以下の範囲内とすることが好ましい。

また、溶剤が低沸点溶剤と高沸点溶剤とを含有する場合には、塗布後に低沸点溶剤を揮発させるとよい。ここで、低沸点溶剤を揮発させた後の粘度が３０Ｐａ・ｓ以上であることが好ましい。
このように、溶剤が低沸点溶剤と高沸点溶剤とを含有する場合、塗布時には低沸点溶剤が含有されるため、仮止め材４０の粘度が比較的低粘度となり、仮止め材４０の塗布作業が容易になる。そして、塗布後に低沸点溶剤を揮発させることで、仮止め材４０の粘度が上昇することにより、確実な仮止め効果を生じさせることが可能となる。
なお、低沸点溶剤を揮発させる際に加熱しても良いが、加熱することにより金属片２２，２３が酸化してしまうおそれがあるので、加熱することなく作業を行うことが好ましい。

次いで、金属片２２、セラミックス基板１１、金属片２３の積層体を、加圧装置を用いて積層方向に加圧した状態で真空加熱炉に装入し、金属片２２とセラミックス基板１１とを接合して回路層１２を形成し、金属片２３とセラミックス基板１１とを接合して金属層１３を形成する（接合工程Ｓ１２）。
この接合工程Ｓ１２における接合条件は、真空条件は１０^−６Ｐａ以上１０^−３Ｐａ以下の範囲内、加熱温度は７９０℃以上８５０℃以下の範囲内、上記加熱温度での保持時間は０．１分以上１２０分以下の範囲内、積層方向の加圧荷重が０．０１ＭＰａ以上０．３５ＭＰａ以下（１ｋｇｆ／ｃｍ^２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）の範囲内に設定されている。

なお、接合工程Ｓ１２における加熱温度の下限は８００℃以上とすることが好ましい。一方、加熱温度の上限は８４０℃以下とすることが好ましい。
また、接合工程Ｓ１２における加熱温度での保持時間の下限は１分以上とすることが好ましい。一方、加熱温度での保持時間の上限は６０分以下とすることが好ましい。
さらに、接合工程Ｓ１２における加圧荷重の下限は０．０３ＭＰａ以上（３ｋｇｆ／ｃｍ^２以上）とすることが好ましい。一方、加圧荷重の上限は０．２５ＭＰａ以下（２５ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）とすることが好ましい。

以上のような工程によって、本実施形態である絶縁回路基板１０が製造される。

次に、この絶縁回路基板１０の金属層１３の他方側にヒートシンク３１を積層し、絶縁回路基板１０とヒートシンク３１とが積層されたヒートシンク積層体を、加圧装置を用いて積層方向に加圧した状態で真空加熱炉に装入し、アルミニウムと銅との共晶温度未満の加熱温度で保持することにより、金属層１３とヒートシンク３１を固相拡散接合する（ヒートシンク接合工程Ｓ０２）。
このヒートシンク接合工程Ｓ０２における接合条件は、真空条件は１０^−６Ｐａ以上１０^−３Ｐａ以下の範囲内、加熱温度は４００℃以上５４８℃以下の範囲内、加熱温度での保持時間が５分以上２４０分以下の範囲内に設定されている。

次いで、回路層１２の一方の面に、はんだ材を介して半導体素子３を積層し、加熱炉内においてはんだ接合する（半導体素子接合工程Ｓ０３）。
上記のようにして、図１に示すパワーモジュール１が製造される。

以上のような構成とされた本実施形態である絶縁回路基板１０の製造方法によれば、熱分解性に優れたアクリル系樹脂を含む仮止め材４０を用いてセラミックス基板１１と金属片２２、２３とを仮止めしているので、接合工程Ｓ１２において加熱した際に仮止め材４０のアクリル系樹脂が速やかに熱分解され、仮止め材４０の炭素残渣が少なくなり、仮止め材４０が回路層１２及び金属層１３の端部からはみ出すことを抑制できる。これにより、絶縁性に優れた絶縁回路基板１０を製造することができる。

また、セラミックス基板１１と金属片２２，２３との接合界面にアクリル系樹脂と溶剤とを含有する仮止め材４０を塗布することにより、仮止め材４０の粘着力によってセラミックス基板１１と金属片２２，２３とを確実に仮止めすることができる。これにより、その後の工程における金属片２２，２３の脱落や位置ズレの発生を抑制することができ、絶縁回路基板１０の製造が容易となる。

さらに、本実施形態において、仮止め材４０に含まれる溶剤の沸点が１５０℃以上とされている場合には、仮止め材４０を塗布後に溶剤が急激に揮発することがないため、仮止め材４０の粘着力を確保することができ、セラミックス基板１１と金属片２２，２３とを確実に仮止めすることができる。

また、本実施形態において、仮止め材４０のアクリル系樹脂の含有量Ａと溶剤の含有量Ｂとの重量比Ａ／Ｂが３０／７０以上とされている場合には、仮止め材の流動性が低くなり、セラミックス基板１１と金属片２２，２３とを確実に固定することができる。一方、アクリル系樹脂の含有量Ａと溶剤の含有量Ｂとの重量比Ａ／Ｂが９０／１０以下とされている場合には、溶剤によって粘着性を確保することができ、セラミックス基板１１と金属片２２，２３とを確実に固定することができる。

一方、本実施形態において、仮止め材４０が、沸点範囲が互いに異なる低沸点溶剤と高沸点溶剤の少なくとも２種以上の溶剤を含んでいる場合には、溶剤の比率が高く粘度が低い状態で仮止め材４０を良好に塗布することができ、仮止め材４０を塗布後に低沸点溶剤が揮発して仮止め材４０の粘度が上昇し、金属片２２，２３を確実に固定することができる。

また、本実施形態において、仮止め材４０が、沸点範囲が１８０℃以上３００℃以下の範囲内とされた高沸点溶剤と、沸点範囲が５０℃以上１５０℃未満の範囲内とされた低沸点溶剤と、を含んでいる場合には、仮止め材４０を塗布する際には粘度を低くすることができ、その後、低沸点溶剤が速やかに揮発することで仮止め材４０の粘度が上昇し、金属片２２，２３を確実に固定することができる。

さらに、本実施形態において、仮止め材４０が、アクリル系樹脂の含有量Ａと高沸点溶剤の含有量Ｂとの重量比Ａ／Ｂとの重量比Ａ／Ｂが３０／７０以上とされている場合には、仮止め材４０の流動性が低くなり、金属片２２，２３を確実に固定することができる。
一方、アクリル系樹脂の含有量Ａと高沸点溶剤の含有量Ｂとの重量比Ａ／Ｂが９０／１０以下とされている場合には、溶剤によって粘着性を確保することができ、金属片２２，２３を確実に固定することができる。

また、本実施形態においては、複数の金属片２２をセラミックス基板１１にパターン状に配置して接合することにより回路パターンを形成しているので、仮止め材４０で位置決めすることにより、精度良く回路パターンを形成することが可能となる。また、接合後の仮止め材４０の炭素残渣の発生を抑制することにより、パターン間の絶縁性に優れた回路層１２を形成することが可能となる。

次に、本発明の第二の実施形態である絶縁回路基板の製造方法について、図４から図６を参照して説明する。なお、第一の実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
この絶縁回路基板１１０は、図４に示すように、セラミックス基板１１（絶縁層）と、このセラミックス基板１１の一方の面（図４において上面）に形成された回路層１１２と、セラミックス基板１１の他方の面（図４において下面）に形成された金属層１１３と、を備えている。

金属層１１３は、図６に示すように、セラミックス基板１１の他方の面（図６において下面）にアルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム片１２３が接合されることによって形成されている。

回路層１１２は、図４に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に配設されたアルミニウム層１１２Ａと、このアルミニウム層１１２Ａの一方側（図４において上側）に積層された銅層１１２Ｂと、を有している。

アルミニウム層１１２Ａは、図６に示すように、複数のアルミニウム片１２２Ａがセラミックス基板１１の一方の面に接合されることにより形成されている。本実施形態においては、アルミニウム層１１２Ａは、純度が９９．９９ｍａｓｓ％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなるアルミニウム片１２２Ａがセラミックス基板１１に接合されることにより形成されている。
銅層１１２Ｂは、アルミニウム層１１２Ａの一方側（図６において上側）に銅又は銅合金からなる銅片１２２Ｂが接合されることにより形成されている。本実施形態においては、銅層１１２Ｂは、図６に示すように、無酸素銅の圧延板からなる複数の銅片１２２Ｂがアルミニウム層１１２Ａに固相拡散接合されることにより形成されている。

次に、本実施形態である絶縁回路基板の製造方法について、図５及び図６を参照して説明する。
まず、図６で示すように、セラミックス基板１１の一方の面にアルミニウム片１２２Ａを接合してアルミニウム層１１２Ａを形成するとともに、セラミックス基板１１の他方の面にアルミニウム片１２３を接合して金属層１１３を形成する（アルミニウム片接合工程Ｓ１０１）。
このとき、複数のアルミニウム片１２２Ａをパターン状に配置することにより、回路パターンが形成される。

このアルミニウム片接合工程Ｓ１０１においては、まず、図６に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材１２６を介在させ、アルミニウム層１１２Ａとなるアルミニウム片１２２Ａを積層し、セラミックス基板１１の他方の面に、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材１２７を介在させ、金属層１３となるアルミニウム片１２３を積層する（アルミ積層工程Ｓ１１１）。
ここで、本実施形態では、予めアルミニウム片１２２Ａとろう材１２６、及び、アルミニウム片１２３とろう材１２７とが超音波接合によって一体化されている。

この積層工程Ｓ１１１においては、セラミックス基板１１とアルミニウム片１２２Ａとの接合界面、及び、セラミックス基板１１とアルミニウム片１２３との接合界面に、それぞれ仮止め材４０が配設されており、アルミニウム片１２２Ａとセラミックス基板１１、セラミックス基板１１とアルミニウム片１２３とが位置決めされて仮止めされている。
そして、本実施形態において使用される仮止め材４０は、第一の実施形態と同様に、アクリル系樹脂と溶剤とを含有するものとされている。図６に示すように、セラミックス基板１１に仮止め材４０を塗布することによって、アルミニウム片１２２Ａ、セラミックス基板１１、アルミニウム片１２３が仮止めされることになる。
なお、本実施形態で用いられる仮止め材４０は、第一の実施形態で説明した仮止め材と同様の構成のものを適用することができる。また、仮止め材４０の塗布方法についても、第一の実施形態で説明した方法を適用することができる。

次いで、アルミニウム片１２２Ａ、セラミックス基板１１、アルミニウム片１２３の積層体を、加圧装置を用いて積層方向に加圧した状態で真空加熱炉に装入し、アルミニウム片１２２Ａとセラミックス基板１１とを接合してアルミニウム層１１２Ａを形成し、アルミニウム片１２３とセラミックス基板１１とを接合して金属層１１３を形成する（アルミ接合工程Ｓ１１２）。
このアルミ接合工程Ｓ１１２における接合条件は、真空条件は１０^−６Ｐａ以上１０^−３Ｐａ以下の範囲内、加熱温度は６３０℃以上６５５℃以下の範囲内、上記加熱温度での保持時間は１分以上１８０分以下の範囲内、積層方向の加圧荷重が０．０１ＭＰａ以上０．３５ＭＰａ以下（１ｋｇｆ／ｃｍ^２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）の範囲内に設定されている。

なお、アルミ接合工程Ｓ１１２における加熱温度の下限は６３５℃以上とすることが好ましい。一方、加熱温度の上限は６５０℃以下とすることが好ましい。
また、アルミ接合工程Ｓ１１２における加熱温度での保持時間の下限は５分以上とすることが好ましい。一方、加熱温度での保持時間の上限は１２０分以下とすることが好ましい。
さらに、アルミ接合工程Ｓ１１２における加圧荷重の下限は０．０３ＭＰａ以上（３ｋｇｆ／ｃｍ^２以上）とすることが好ましい。一方、加圧荷重の上限は０．２０ＭＰａ以下（２０ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）とすることが好ましい。

次に、図６で示すように、アルミニウム層１１２Ａの表面に、銅又は銅合金からなる銅片１２２Ｂを接合して銅層１１２Ｂを形成する（銅片接合工程Ｓ１０２）。
この銅片接合工程Ｓ１０２においては、まず、図６に示すように、アルミニウム層１１２Ａの表面に、銅層１１２Ｂとなる銅片１２２Ｂを積層する（銅積層工程Ｓ１２１）。
このとき、パターン状に配置されたアルミニウム層１１２Ａの上にそれぞれ銅片１２２Ｂを積層する。

この積層工程Ｓ１２１においては、アルミニウム層１１２Ａと銅片１２２Ｂとの接合界面に仮止め材４０が配設されており、銅片１２２Ｂとアルミニウム層１１２Ａとが位置決めされて仮止めされている。
そして、本実施形態において使用される仮止め材４０は、第一の実施形態と同様に、アクリル系樹脂と溶剤とを含有するものとされている。図６に示すように、アルミニウム層１１２Ａ及び銅片１２２Ｂの接合界面に仮止め材４０を塗布することによって、アルミニウム層１１２Ａと銅片１２２Ｂが仮止めされることになる。
なお、本実施形態で用いられる仮止め材４０は、第一の実施形態で説明した仮止め材と同様の構成のものを適用することができる。また、仮止め材４０の塗布方法についても、第一の実施形態で説明した方法を適用することができる。

次いで、銅片１２２Ｂとアルミニウム層１１２Ａの積層体を、加圧装置を用いて積層方向に加圧した状態で真空加熱炉に装入し、銅片１２２Ｂとアルミニウム層１１２Ａとを固相拡散接合して回路層１１２を形成する（銅接合工程Ｓ１２２）。
この銅接合工程Ｓ１２２における接合条件は、真空条件は１０^−６Ｐａ以上１０^−３Ｐａ以下の範囲内、加熱温度は４００℃以上５４８℃以下の範囲内、加熱温度での保持時間が５分以上２４０分以下の範囲内に設定されている。

以上のような工程によって、本実施形態である絶縁回路基板１１０が製造される。

以上のような構成とされた本実施形態である絶縁回路基板１１０の製造方法によれば、熱分解性に優れたアクリル系樹脂を含む仮止め材４０を用いてセラミックス基板１１とアルミニウム片１２２Ａ、１２３とを仮止めしているので、アルミ接合工程Ｓ１１２において加熱した際に仮止め材４０のアクリル系樹脂が速やかに熱分解され、仮止め材４０の炭素残渣が少なくなり、パターン間への炭素残渣の付着が抑制され、絶縁性に優れた基板を作ることができる。

また、セラミックス基板１１とアルミニウム片１２２Ａ、１２３との接合界面にアクリル系樹脂と溶剤とを含有する仮止め材４０を塗布することにより、仮止め材４０の粘着力によってセラミックス基板１１とアルミニウム片１２２Ａ、１２３とを確実に仮止めすることができる。これにより、その後の工程におけるアルミニウム片１２２Ａ、１２３の脱落や位置ズレの発生を抑制することができ、絶縁回路基板１１０の製造が容易となる。

そして、本実施形態においては、熱分解性に優れたアクリル系樹脂を含む仮止め材４０を用いてアルミニウム層１１２Ａと銅片１２２Ｂとを仮止めしているので、銅接合工程Ｓ１２２において加熱した際に仮止め材４０のアクリル系樹脂が速やかに熱分解され、仮止め材４０の炭素残渣が少なくなり、パターン間への炭素残渣の付着が抑制され、絶縁性に優れた基板を作ることができる。

また、アルミニウム層１１２Ａと銅片１２２Ｂとの接合界面にアクリル系樹脂と溶剤とを含有する仮止め材４０を塗布することにより、仮止め材４０の粘着力によってアルミニウム層１１２Ａと銅片１２２Ｂとを確実に仮止めすることができる。これにより、その後の工程における銅片１２２Ｂの脱落や位置ズレの発生を抑制することができ、絶縁回路基板１０の製造が容易となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、絶縁回路基板の回路層にパワー半導体素子を搭載してパワーモジュールを構成するものとして説明したが、これに限定されることはない。例えば、絶縁回路基板にＬＥＤ素子を搭載してＬＥＤモジュールを構成してもよいし、絶縁回路基板の回路層に熱電素子を搭載して熱電モジュールを構成してもよい。
また、本実施形態では、絶縁層をセラミックス基板で構成したもので説明したが、これに限定されることはなく、絶縁層を樹脂等で構成したものであってもよい。

さらに、本実施形態では、セラミックス基板とアルミニウム板とをろう材を用いて接合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、固相拡散接合によって接合してもよい。さらに、接合面にＣｕ、Ｓｉ等の添加元素を固着させ、これらの添加元素を拡散させることで溶融・凝固させる過渡液相接合法（ＴＬＰ）によって接合してもよい。また、接合界面を半溶融状態として接合してもよい。

また、本実施形態では、絶縁回路基板（金属層）とヒートシンクとを固相拡散接合によって接合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、ろう付け、ＴＬＰ等の他の接合方法を適用してもよい。
さらに、本実施形態では、ヒートシンクをアルミニウムから成るものとして説明したが、これに限定されることはなく、銅等で構成されていてもよいし、内部に冷却媒体が流通される流路を備えたものであってもよい。

また、本実施形態においては、金属片とセラミックス基板との接合と、絶縁回路基板とヒートシンクの接合を、別の工程で実施するものとして説明したが、これに限定されることはなく、金属片、セラミックス基板、ヒートシンクを積層して、これを積層方向に加圧して加熱し、これらの接合を同一の工程で実施してもよい。

また、第一実施形態において、金属片２２及び金属片２３が無酸素銅からなるものとして説明したが、これに限定されることはなく、アルミニウムやアルミニウム合金を用いることもできる。

以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。

ＡｌＮからなるセラミックス基板（５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６３５ｍｍｔ）を準備し、このセラミックス基板の一方の面に回路層となる純度９９質量％の純アルミニウムからなるアルミニウム片（４７ｍｍ×２３ｍｍ×０．８ｍｍｔ）をろう材を介して積層し、セラミックス基板の他方の面に金属層となる純度９９．９９質量％の純アルミニウムからなるアルミニウム片（４７ｍｍ×４７ｍｍ×０．８ｍｍｔ）をろう材を介して積層した。なお、ろう材として、Ａｌ−７．５ｍａｓｓ％Ｓｉ合金からなるろう材箔（厚さ０．０２ｍｍ）を用いた。なお、回路層はパターンを形成するために複数枚のアルミニウム片を用いた。回路パターン間の距離（アルミニウム片同士の距離）は１．０ｍｍとした。
この積層体を積層方向に加圧した状態で加熱し、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム層を形成し、セラミックス基板の他方の面に金属層を形成した。なお、このときの接合条件は、加圧荷重０．１０ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ^２）、加熱温度６５０℃、保持時間３０分とした。また、真空度は１０^−６Ｐａから１０^−３Ｐａの間に収まるように制御した。

次に、アルミニウム層の表面に、無酸素銅からなる銅片を積層した。
このとき、アルミニウム層と銅片の接合界面に、表１に示す仮止め材を配置し、アルミニウム層と銅片の位置決めを行って仮止めした。
ここで、後述する方法によって、シェア強度を測定した。

そして、積層体を積層方向に加圧して、真空炉内に装入して、積層方向に０．１５ＭＰａ（１５ｋｇｆ／ｃｍ^２）で加圧し、５４０℃の加熱温度で３０分保持し、真空度は１０^−６Ｐａから１０^−３Ｐａの間に収まるように制御してアルミニウム層と銅片とを接合し、絶縁回路基板を製造した。
上述のようにして得られた絶縁回路基板について、回路パターン間の耐圧性を評価した。

（最終樹脂濃度）
最終樹脂濃度は高沸点溶剤と樹脂の比率として計算した。

（シェア強度）
アルミニウム層の上に仮止めした銅片との間のシェア強度を、ボンドテスター（西進商事株式会社製ＳＳ−１５ＫＰ）を用いて測定した。

（耐圧性）
耐電圧試験機（菊水電子工業株式会社製ＴＯＳ５０５０）を用いて、カットオフ値を０．５ｍＡに設定した。接合後の絶縁回路基板のそれぞれの回路パターンにそれぞれ電極を当てて２ｋＶの電圧を印加し、カットオフ値以上の電流が流れたものを「×」と評価し、カットオフ値未満の電流が流れたものを「○」と評価した。

アクリル系樹脂を含有しない仮止め材を用いた従来例においては、シェア強度は高かったものの、パターン間に炭素残渣の付着が発生し、耐圧性が不十分であった。
これに対して、アクリル系樹脂を含有した仮止め材を用いた本発明例においては、パターン間に炭素残渣の付着なく耐圧性が十分であった。接合時に仮止め材に含まれるアクリル系樹脂が分解し、残渣が残らなかったためと推測される。また、シェア強度も、仮止めするのに十分な強度であった。

また、アクリル系樹脂の含有量Ａと高沸点溶剤の含有量Ｂとの重量比Ａ／Ｂが３０／７０以上９０／１０以下の範囲内とされた仮止め材を用いた本発明例２−６においては、本発明例１、７，８に比べてシェア強度が向上することが確認された。
さらに、沸点範囲が互いに異なる少なくとも２種以上の溶剤（低沸点溶剤及び高沸点溶剤）を含む本発明例２−８においては、１種の溶剤のみを含む本発明例１に比べて、仮止め材の粘度調整が容易であり、作業性が向上した。

以上のことから、本発明例によれば、接合時におけるパターン間への炭素残渣の付着を抑制するとともに、仮止め材によって金属片を確実に仮止めすることができ、絶縁性に優れた絶縁回路基板を比較的容易に製造することが可能な絶縁回路基板の製造方法を提供できることが確認された。

１ パワーモジュール
３ 半導体素子
１０，１１０ 絶縁回路基板
１１ セラミックス基板（絶縁層）
１２，１１２ 回路層
１３，１１３ 金属層
１１２Ａ アルミニウム層
１１２Ｂ 銅層
２２，２３ 金属片
１２２Ａ、１２３ アルミニウム片（金属片）
１２２Ｂ 銅片（金属片）

Claims (8)

1. 絶縁層と、この絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、
   前記絶縁層の表面に金属片を接合する金属片接合工程を備えており、
   前記金属片接合工程においては、前記絶縁層と前記金属片との接合界面に、アクリル系樹脂と溶剤とを含有する仮止め材を塗布し、前記絶縁層と前記金属片とを位置決めした状態で仮止めする積層工程と、この積層体を積層方向に加圧して加熱することにより、前記絶縁層と前記金属片を接合する接合工程と、を有していることを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
2. 絶縁層と、この絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、
   前記回路層及び前記金属層の少なくとも一方は、前記絶縁層側に配置されたアルミニウム層と、このアルミニウム層に積層された銅層と、を有し、
   前記アルミニウム層の表面に銅又は銅合金からなる金属片を接合することによって前記銅層を形成する金属片接合工程を備えており、
   前記金属片接合工程においては、前記アルミニウム層と前記金属片との接合界面に、アクリル系樹脂と溶剤とを含有する仮止め材を塗布し、前記アルミニウム層と前記金属片とを位置決めした状態で仮止めする積層工程と、この積層体を積層方向に加圧して加熱することにより、前記アルミニウム層と前記金属片を接合する接合工程と、を有していることを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
3. 前記仮止め材に含まれる溶剤の沸点が１５０℃以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の絶縁回路基板の製造方法。
4. 前記仮止め材は、前記アクリル系樹脂の含有量Ａと溶剤の含有量Ｂとの重量比Ａ／Ｂが３０／７０以上９０／１０以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の絶縁回路基板の製造方法。
5. 前記仮止め材は、沸点範囲が互いに異なる低沸点溶剤と高沸点溶剤の少なくとも２種以上の溶剤を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の絶縁回路基板の製造方法。
6. 前記低沸点溶剤の沸点範囲が５０℃以上１５０℃未満の範囲内とされ、前記高沸点溶剤の沸点範囲が１８０℃以上３００℃以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項５に記載の絶縁回路基板の製造方法。
7. 前記仮止め材は、前記アクリル系樹脂の含有量Ａと前記高沸点溶剤の含有量Ｂとの重量比Ａ／Ｂが３０／７０以上９０／１０以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の絶縁回路基板の製造方法。
8. 前記仮止め材を塗布した後に、低沸点溶剤を揮発させることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の絶縁回路基板の製造方法。

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