JP4682889B2

JP4682889B2 - パワーモジュール用基板およびパワーモジュール並びにパワーモジュール用基板の製造方法

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Publication number: JP4682889B2
Application number: JP2006080309A
Authority: JP
Inventors: 慎介青木; 敏之長瀬
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: JP2007258416A

Description

この発明は、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およびパワーモジュール並びにパワーモジュール用基板の製造方法に関するものである。

この種のパワーモジュールは一般に、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ等により形成されたセラミックス板の表面に、純Ａｌ若しくはＡｌ合金により形成された導体パターンがＡｌ−Ｓｉ系のろう材により接合されたパワーモジュール用基板と、導体パターンの表面に接合された半導体チップと、セラミックス板の裏面側に接合された冷却器とを備えている。このうちパワーモジュール用基板は、従来では、例えば下記特許文献１に示されるように、セラミックス板の表面に導体パターンを形成するための回路板をろう付けした後に、この回路板にエッチング処理を施し、導体パターンを形成することがなされている。
しかしながら、このようにエッチング処理により導体パターンを形成すると、この導体パターンを構成する導体は、その表面（発熱体側）から裏面（セラミックス板側）に向かうに従い漸次幅が広くなるため、近年のパワーモジュールに対するさらなるコンパクト化、すなわち導体パターンを構成する導体の幅を狭くして、隣合う導体同士の間隔を狭くすることについての要求に応えることが困難であるという問題があった。
そこで、本発明者等は、母材から打ち抜いた導体パターン部材、若しくは鋳造により形成した導体パターン部材を、セラミックス板にろう付けすることによって、側面がセラミックス板の表面から略垂直に立上がった導体パターンを形成することについて検討している。
特開平１０−２４２３３０号公報

しかしながら、このようなパワーモジュール用基板の製造方法では、エッチング工程を経ないので、導体パターンの細線化は実現できるものの、この導体パターンの側面がセラミックス板の表面から略垂直に立上がっているので、エッチング処理して形成した導体パターンの側面と比べてその立上がる方向の長さが短いため、導体パターン部材をセラミックス板の表面にろう付けする際に、導体パターン部材とセラミックス板との間から溢れ出たろう材の余剰分が、その表面張力により凝集することによって、導体パターン部材の側面を伝ってこの表面に乗り上がり易くなっている。
そして、このろう材は、前記のようにＡｌ−Ｓｉ系とされてＳｉを含有しているので、純Ａｌ若しくはＡｌ合金により形成された導体パターンよりも硬いうえに、パワーモジュールを使用する過程における熱サイクルによりさらに加工硬化させられることによって、導体パターンに対してその表面および側面から大きな外力が作用して、導体パターンとセラミックス板との接合界面に大きな応力が作用し、導体パターンがセラミックス板の表面から剥離し易くなり、パワーモジュールの熱サイクル寿命を低下させるおそれがある。
また、導体パターンの表面においてろう材が乗り上げた部分に、ワイヤボンディングが施されると、ろう材は前記のように導体パターンと比べて硬いので、この部分とワイヤボンディングとの接合部における熱サイクル寿命を低下させるおそれがある。
さらに、導体パターンの表面に前記のように乗り上げたろう材は、視認することができ、外観品質を低減させるおそれもある。
ここで、前記導体パターン部材の側面は、セラミックス板の表面に配置したときに、この表面に対して略垂直に延在することになり、エッチング処理して形成した導体パターンの側面と比べてその前記延在する方向の長さが短いので、ろう材の前記乗り上げが生じ易くなっている。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、パワーモジュールの熱サイクル寿命を低減させたり、パワーモジュール用基板の外観品質を低下させることなく、パワーモジュールのコンパクト化を図ることができるパワーモジュール用基板およびパワーモジュール並びにパワーモジュール用基板の製造方法を提供することを目的とする。

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明のパワーモジュール用基板は、セラミックス板の表面に、純Ａｌ若しくはＡｌ合金により形成された導体パターンが、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材により接合され、この導体パターンの表面に半導体チップが設けられるパワーモジュール用基板であって、前記セラミックス板の表面から立上がるこの導体パターンの側面は、前記セラミックス板の表面に対して略垂直に延在し、前記半導体チップが設けられる導体パターンの表面において、少なくともその外周縁から内側に１ｍｍ以上離れた部分は、Ｓｉの含有量が３ｗｔ％以下とされ、前記セラミックス板の表面において、接合される導体パターン部材の外周縁よりも外側に、溶融したろう材のうちセラミックス板と導体パターン部材との間から溢れ出た余剰分を収納する収納部が形成されていることを特徴とする。

この発明では、半導体チップが設けられる導体パターンの表面において、少なくともその外周縁から内側に１ｍｍ以上離れた部分は、Ｓｉの含有量が３ｗｔ％以下とされているので、パワーモジュールの熱サイクル寿命を低減させたり、パワーモジュール用基板の外観品質を低下させることなく、パワーモジュールのコンパクト化を図ることができる。
すなわち、導体パターンの表面へのろう材の乗り上げ量が低減されているので、このパワーモジュール用基板を有するパワーモジュールに熱サイクルが作用したことにより、前記乗り上げたろう材が加工硬化したとしても、このろう材がセラミックス板と導体パターンとの接合界面に作用させる負荷を抑えることが可能になり、導体パターンがセラミックス板から剥離し易くなるのを抑制し、パワーモジュールの熱サイクル寿命が低下するのを防ぐことができる。
また、導体パターンの表面においてワイヤボンディングが接合される部分は、一般にその外周縁から内側に１ｍｍ以上離れた部分なので、この部分におけるＳｉの含有量が３ｗｔ％以下であると、ワイヤボンディングと導体パターンとの接合部に、十分な熱サイクル数に耐え得る強度を具備させることができる。
さらにまた、導体パターンの表面において、少なくともその外周縁から内側に１ｍｍ以上離れた部分におけるＳｉの含有量が３ｗｔ％以下とされていると、導体パターンの表面の平面視において、ろう材の乗り上げがしみとして視認され難くなり、外観品質の向上を図ることができる。

このようなパワーモジュール用基板の製造方法は、セラミックス板の表面に、純Ａｌ若しくはＡｌ合金により形成された導体パターンが、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材により接合され、この導体パターンの表面に半導体チップが設けられ、前記セラミックス板の表面から立上がる前記導体パターンの側面が前記セラミックス板の表面に対して略垂直に延在し、前記半導体チップが設けられる導体パターンの表面において、少なくともその外周縁から内側に１ｍｍ以上離れた部分は、Ｓｉの含有量が３ｗｔ％以下とされるパワーモジュール用基板の製造方法であって、前記導体パターンは、純Ａｌ若しくはＡｌ合金により形成された母材から打ち抜いた導体パターン部材、または鋳造により形成した導体パターン部材を、セラミックス板にろう付けすることにより形成され、このろう付けの前に予め、セラミックス板の表面において、接合される導体パターン部材の外周縁よりも外側に、溶融したろう材のうちセラミックス板と導体パターン部材との間から溢れ出た余剰分を収納する収納部を形成しておき、その後、セラミックス板の表面において収納部に囲まれた部分よりも内側にろう材箔を介して導体パターン部材を配置し、これらを積層方向に押圧した状態で加熱してろう材箔を溶融し、セラミックス板の表面に導体パターン部材をろう付けしてパワーモジュール用基板を形成することを特徴とする。

この発明によれば、導体パターン部材をセラミックス板の表面にろう付けする際に、溶融したろう材のうち、導体パターン部材とセラミックス板との間から溢れ出た余剰分を、前記収納部に収納することが可能になり、導体パターン部材の側面を伝って表面に乗り上がるろう材の量を低減させることができる。
なお、前記収納部は、溝加工部若しくは粗面加工部とされてもよい。また、この溝加工部若しくは粗面加工部は、幅を５０μｍ〜１００μｍとし、その内周縁と導体パターンの外周縁との距離を約１５０μｍとして形成してもよい。

また、本発明のパワーモジュールは、セラミックス板の表面に、純Ａｌ若しくはＡｌ合金により形成された導体パターンがＡｌ−Ｓｉ系のろう材により接合されたパワーモジュール用基板と、導体パターンの表面に接合された半導体チップと、セラミックス板の裏面側に接合された冷却器とを備えたパワーモジュールであって、前記パワーモジュール用基板が、請求項１記載のパワーモジュール用基板であることを特徴とする。

この発明に係るパワーモジュール用基板およびパワーモジュール並びにパワーモジュール用基板の製造方法によれば、パワーモジュールの熱サイクル寿命を低減させたり、パワーモジュール用基板の外観品質を低下させることなく、パワーモジュールのコンパクト化を図ることができる。

以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の第１実施形態に係るパワーモジュール用基板を適用したパワーモジュールを示す全体図である。
このパワーモジュール１０は、セラミックス板１１の表面に、純Ａｌ若しくはＡｌ合金により形成された導体パターン１２がＡｌ−Ｓｉ系のろう材１３により接合されたパワーモジュール用基板１４と、導体パターン１２の表面に第１はんだ層１７を介してはんだ接合された半導体チップ１５と、セラミックス板１１の裏面側に接合された冷却器１６とを備えている。

図示の例では、パワーモジュール用基板１４は、セラミックス板１１の裏面に導体パターン１２と同じ材質により形成された金属板１８が前記ろう材１３により接合され、この金属板１８の裏面に冷却器１６が第２はんだ層１９を介してはんだ接合、若しくはろう付けや拡散接合により接合された構成とされている。セラミックス板１１は、例えばＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ等により形成され、冷却器１６は、純Ａｌ、純Ｃｕ、Ａｌ合金若しくはＣｕ合金により形成され、第１、第２はんだ層１７、１９は、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系若しくはＺｎ−Ａｌ系のはんだ材により形成されている。

そして、本実施形態では、導体パターン１２は、純Ａｌ若しくはＡｌ合金により形成された母材から打ち抜いた導体パターン部材、または鋳造により形成した導体パターン部材を、セラミックス板１１にろう付けすることにより形成され、導体パターン１２の外表面のうち、セラミックス板１１の表面から立上がる側面１２ａは、セラミックス板１１の表面に対して略垂直に延在している。

また、導体パターン１２の表面、つまり半導体チップ１５が接合される表面において、少なくともその外周縁から内側に１ｍｍ以上離れた部分は、Ｓｉの含有量が３ｗｔ％以下とされている。なお、この導体パターン１２の表面の全域にわたって、Ｓｉの含有量を３ｗｔ％以下としてもよい。

このようなＳｉの含有量は、例えばＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）の定量分析により測定することができ、また、Ｓｉの含有量が３ｗｔ％を超える部分と、３ｗｔ％以下の部分との境界、または導体パターン１２の表面において、その外周縁と、Ｓｉの含有量が３ｗｔ％以下となる部分の外周縁との距離は、光学顕微鏡や実体顕微鏡を用いて把握、または測定することができる。
なお、導体パターン１２の表面のＳｉは、セラミックス板１１の表面に導体パターン１２と同形同大の導体パターン部材をろう付けしたときに、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材１３が、導体パターン１２の側面１２ａを伝って乗り上げたものであって、導体パターン１２の表面におけるこのＳｉの含有量は、その外周縁から内側に向かうに従い漸次少なくなっている。

セラミックス板１１の表面において導体パターン１２の外周縁よりも外側には、この導体パターン１２の外周縁を囲うように、この外周縁に沿って連続的に延在した溝加工部１１ａ（収納部）が形成されている。なお、本実施形態では、溝加工部１１ａは、その幅が５０μｍ〜１００μｍとされ、深さが５０μｍ〜３００μｍとされ、その内周縁と導体パターン１２の外周縁との距離は約１５０μｍとされている。また、この溝加工部１１ａは例えばレーザ加工等により形成することができる。

次に、以上のように構成されたパワーモジュール用基板１４の製造方法について説明する。
まず、純Ａｌ若しくはＡｌ合金からなる母材を打ち抜いて導体パターン１２と同形同大の導体パターン部材を形成する。この際に得られた切断面が側面１２ａとなる。なお、前記母材を打ち抜く際、予めＡｌ−Ｓｉ系のろう材箔をこの母材の裏面に配置しておき、この母材における導体パターン部材の形成予定部をその裏面側から押圧し、この導体パターン部材の形成予定部の外周縁にせん断力を作用させてその厚さ方向途中まで切断するとともに、この導体パターン部材の形成予定部の外周縁に位置する前記ろう材箔を切断した後に、この導体パターン部材の形成予定部をその表面側から押圧して押し戻し、その後、この母材の裏面とセラミックス板１１の表面とをテンプレートを挟んで対向させた状態で、導体パターン部材の形成予定部の表面をセラミックス板１１の表面に向けて押圧して母材から分離し導体パターン部材を形成するとともに、この導体パターン部材をその裏面側からテンプレートのガイド孔に挿入することにより、セラミックス板１１の表面にろう材箔と導体パターン部材とをこの順に配置する。

ここで、このようにして得られた導体パターン部材の側面１２ａは、前記ろう材箔が配置されている裏面側の表面粗さが、半導体チップ１５が接合される表面側の表面粗さよりも大きくなっている。すなわち、導体パターン部材の側面１２ａにおいて、導体パターン部材の前記裏面から表面に向けて、この導体パターン部材の全体の厚さの約３分の１までの領域が、いわゆる２次せん断面となっている。なお、導体パターン部材の側面１２ａにおいて、前記裏面側の表面粗さＲｚは例えば３０μｍ以上とされ、前記表面側の表面粗さＲｚは例えば３０μｍ以下となっている。

一方、セラミックス板１１の裏面にろう材箔を介して金属板１８を配置する。以上より、セラミックス板１１の表面に、ろう材箔と導体パターン部材とがこの順に配置され、裏面にろう材箔と金属板１８とがこの順に配置された積層体を形成する。

そして、この積層体を積層方向に加圧した状態で加熱し、ろう材箔を溶融後硬化させることによって、セラミックス板１１の表面に導体パターン部材をろう付けにより接合して導体パターン１２を形成し、裏面と金属板１８とをろう付けにより接合してパワーモジュール用基板１４を形成する。

ここで、前記ろう付けの前に予め、セラミックス板１１の表面において、接合される導体パターン部材の外周縁よりも外側に、溶融したろう材のうちセラミックス板１１と導体パターン部材との間から溢れ出た余剰分を収納する溝加工部１１ａを形成しておく。その後、セラミックス板１１の表面において溝加工部１１ａに囲まれた部分よりも内側に前記のようにろう材箔を介して導体パターン部材を配置する。

ここで、この製造方法についての具体的な実施例について説明する。
まず、材質については、導体パターン１２および金属板１８を純度９９．９８％の純Ａｌ、ろう材１３をＡｌ−Ｓｉ系（Ａｌが９３ｗｔ％、Ｓｉが７ｗｔ％）、セラミックス板１１をＡｌＮによりそれぞれ形成した。厚さについては、導体パターン１２および金属板１８を約０．４ｍｍ、ろう材箔を約１３μｍ、セラミックス板１１を約０．６３５ｍｍとした。なお、ろう材箔は平面視四角形とされ、縦および横の寸法はそれぞれ、約２８ｍｍおよび約７０ｍｍとした。また、導体パターン部材および金属板１８と、ろう材箔とは、揮発性有機媒体（オクタンジオール）により仮固定した。
そして、前記積層体を６００℃〜６５０℃の真空中に置いた状態で、約１時間、積層方向に０．２３ＭＰａ〜０．３５ＭＰａで加圧して、パワーモジュール用基板１４を形成した。

以上説明したように、本実施形態によるパワーモジュール用基板によれば、半導体チップ１５が接合される表面において、少なくともその外周縁から内側に１ｍｍ以上離れた部分は、Ｓｉの含有量が３ｗｔ％以下とされているので、パワーモジュール１０の熱サイクル寿命を低減させたり、パワーモジュール用基板１４の外観品質を低下させることなく、パワーモジュール１０のコンパクト化を図ることができる。

すなわち、導体パターン１２の表面へのろう材の乗り上げ量が低減されているので、このパワーモジュール用基板１４を有するパワーモジュール１０に熱サイクルが作用したことにより、前記乗り上げたろう材が加工硬化したとしても、このろう材がセラミックス板１１と導体パターン１２との接合界面に作用させる負荷を抑えることが可能になり、導体パターン１２がセラミックス板１１から剥離し易くなるのを抑制し、パワーモジュール１０の熱サイクル寿命が低下するのを防ぐことができる。

また、導体パターン１２の表面においてワイヤボンディングが接合される部分は、一般にその外周縁から１ｍｍ以上内側に位置する部分なので、この部分におけるＳｉの含有量が３ｗｔ％以下であると、ワイヤボンディングと導体パターン１２との接合部に、十分な熱サイクル数に耐え得る強度を具備させることができる。
さらにまた、導体パターンの表面においてその外周縁から内側に１ｍｍ以上離れた部分におけるＳｉの含有量が３ｗｔ％以下とされていると、導体パターン１２の表面の平面視において、ろう材の乗り上げがしみとして視認され難くなり、外観品質の向上を図ることができる。すなわち、前記Ｓｉの含有量が３ｗｔ％より多いということは、それだけ導体パターン１２の表面へのろう材の乗り上げ量が多いことになるので、このろう材が視認され易くなる。

さらに、本実施形態によるパワーモジュール用基板の製造方法によれば、セラミックス板１１と導体パターン部材とをろう付けする前に予め、セラミックス板１１の表面において、接合される導体パターン部材の外周縁よりも外側に溝加工部１１ａを形成しておくので、このろう付け時に、溶融したろう材のうち導体パターン部材とセラミックス板１１との間から溢れ出た余剰分を、この溝加工部１１ａに収納することが可能になり、導体パターン部材の側面１２ａを伝って表面に乗り上がるろう材の量を低減させることができる。したがって、前記の作用効果が奏されるパワーモジュール用基板１４を確実に形成することが可能になる。

さらに、導体パターン１２の側面１２ａは、セラミックス板１１側の裏面側の表面粗さが、半導体チップ１５が接合される表面側の表面粗さよりも大きくなっているので、導体パターン１２の側面１２ａへのろう材１３の接合力は、前記裏面側の方が前記表面側よりも大きくなり、導体パターン１２とセラミックス板１１との接合強度を向上させることが可能になり、パワーモジュール１０の熱サイクル寿命をより一層向上させることができる。

次に、以上説明した作用効果のうち、半導体チップ１５が接合される表面において、少なくともその外周縁から内側に１ｍｍ以上離れた部分は、Ｓｉの含有量が３ｗｔ％以下とされていることから、パワーモジュール１０の熱サイクル寿命を低減させたり、外観品質を低下させたりするのを防ぐことができる点についての検証試験を実施した。

まず、半導体チップ１５が設けられる導体パターン１２の表面において、Ｓｉの含有量が３ｗｔ％以下となる部分の外周縁と、この導体パターン１２の外周縁との距離、言い換えると、導体パターン１２の外周縁と、Ｓｉの含有量が３ｗｔ％を超える部分の内周縁との距離、つまりＳｉの含有量が３ｗｔ％を超える部分の幅を種々異ならせてパワーモジュール用基板を形成した。

そして、これらの基板をそれぞれ、フッ素系溶媒からなる液相雰囲気下に置いて、その雰囲気温度を−４０℃から１０５℃に約３分間で上昇させ、１０５℃から−４０℃に１０分間で下降させる温度履歴を１サイクルとした温度サイクルを前記各パワーモジュール用基板に付与し、該付与前の熱抵抗値（以下、「初期熱抵抗値」という）と比べて１０％以上の上昇が確認されたときの熱サイクル数を、このパワーモジュール用基板の熱サイクル寿命として測定した。なお、パワーモジュール用基板において導体パターンとセラミックス板との接合部等が剥離すると、前記熱抵抗値が高くなる。また、この熱サイクル寿命の測定は、５００サイクル経過するたびに熱抵抗値を測定することにより実施した。
さらに、この測定の前に予め、導体パターンの表面を目視して外観検査した。

結果、表１に示されるように、半導体チップ１５が設けられる導体パターン１２の表面において、Ｓｉの含有量が３ｗｔ％以下となる部分の外周縁と、この導体パターン１２の外周縁との距離が１ｍｍより大きいと、セラミックス板から導体パターンが剥離し易くなり熱サイクル寿命が低下し、また、外観検査において、導体パターンの表面にろう材がしみとして視認できることが確認された。

次に、半導体チップ１５が設けられる導体パターン１２の表面において、その外周縁から内側に１ｍｍ以上離れた部分におけるＳｉの最大含有量を種々異ならせて、パワーモジュール用基板を形成した。そして、これらの基板についてそれぞれ、前記と同様にして熱サイクル寿命を測定するとともに、外観検査を実施した。

結果、表２に示されるように、前記Ｓｉの最大含有量が３．０ｗｔ％より大きいと、導体パターンがセラミックス板から剥離し易くなり、パワーモジュールの熱サイクル寿命が低下し、外観検査において、導体パターンの表面にろう材のしみが目視できることが確認された。

以上の各結果から、半導体チップ１５が接合される表面において、少なくともその外周縁から内側に１ｍｍ以上離れた部分が、Ｓｉの含有量が３ｗｔ％以下とされていれば、パワーモジュール１０の熱サイクル寿命を低減させたり、外観品質を低下させたりするのを防ぐことができることが確認された。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の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、前記実施形態では、導体パターン部材を母材から打ち抜いて形成したが、これに代えて、鋳造により形成してもよい。
また、前記ろう付けの前に予め、セラミックス板１１の表面に溝加工部１１ａを形成するのに代えて、この溝加工部１１ａの形成位置と同様の位置に、例えばサンドブラスト加工等を施して粗面加工部を形成してもよい。

さらに、これに代えて、図２に示されるように、導体パターン部材を形成する際、半導体チップ１５が接合される表面の外周縁部に、その外周縁の全周にわたって凸部２１を形成し、その後、この凸部２１の形成された表面と反対側の裏面をセラミックス板１１の表面にろう材箔を介して配置した後に、前記凸部２１の上面をその全周にわたって図示されない例えばカーボン製の板状押圧体により押圧し、導体パターン部材の表面において前記凸部２１よりも内側に位置する部分を閉塞した状態で加熱してろう材箔を溶融し、セラミックス板１１の表面に導体パターン部材をろう付けしてもよい。

なお、凸部２１は、鋳造により導体パターン部材を形成するのと同時に形成することができ、また、母材から打ち抜いて導体パターン部材を形成する前、打ち抜くのと同時、あるいは打ち抜いた後に、母材における導体パターン部材の形成予定部の表面、または導体パターン部材の表面を圧縮してこの部分の厚さを薄くし、この部分の外周縁に連なる未圧縮部分を凸部２１とするようにして形成することができる。なお、半導体チップ１５が設けられる導体パターン１２の表面と、凸部２１の上面との距離、すなわち凸部２１の高さは、例えば５μｍ〜６０μｍとされる。

この構成においても、導体パターン部材の表面における外周縁部に凸部２１が形成されているので、前記押圧した状態で加熱してろう材箔を溶融したときに、前記ろう材の余剰分が、導体パターン部材の側面１２ａを伝って、半導体チップ１５が接合される表面に乗り上がろうとしても、この乗り上げまでに要するろう材の移動距離を前記凸部２１の高さ分長くすることが可能になり、導体パターン部材の側面１２ａに付着するろう材の量が多くなるものの、表面に乗り上がるろう材の量を低減させることができる。

さらに、このろう付けに際し、前記板状押圧体によって前記凸部２１の上面をその全周にわたって押圧し、導体パターン部材の表面において前記凸部２１よりも内側に位置する部分を閉塞するので、導体パターン部材の側面２１ａを伝ったろう材が前記内側に流入するのを防ぐことができる。

パワーモジュールの熱サイクル寿命を低減させたり、パワーモジュール用基板の外観品質を低下させたりすることなく、パワーモジュールのコンパクト化を図ることができる。

この発明の第１実施形態に係るパワーモジュール用基板を適用したパワーモジュールを示す全体図である。この発明の第２実施形態に係るパワーモジュール用基板を適用したパワーモジュールを示す全体図である。

符号の説明

１０パワーモジュール
１１セラミックス板
１１ａ溝加工部（収納部）
１２導体パターン
１２ａ導体パターンの側面
１３ろう材
１４パワーモジュール用基板
１５半導体チップ
１６冷却器
２１凸部

Claims

セラミックス板の表面に、純Ａｌ若しくはＡｌ合金により形成された導体パターンが、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材により接合され、この導体パターンの表面に半導体チップが設けられるパワーモジュール用基板であって、
前記セラミックス板の表面から立上がるこの導体パターンの側面は、前記セラミックス板の表面に対して略垂直に延在し、前記半導体チップが設けられる導体パターンの表面において、少なくともその外周縁から内側に１ｍｍ以上離れた部分は、Ｓｉの含有量が３ｗｔ％以下とされ、
前記セラミックス板の表面において、接合される導体パターン部材の外周縁よりも外側に、溶融したろう材のうちセラミックス板と導体パターン部材との間から溢れ出た余剰分を収納する収納部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。
セラミックス板の表面に、純Ａｌ若しくはＡｌ合金により形成された導体パターンがＡｌ−Ｓｉ系のろう材により接合されたパワーモジュール用基板と、導体パターンの表面に接合された半導体チップと、セラミックス板の裏面側に接合された冷却器とを備えたパワーモジュールであって、
前記パワーモジュール用基板が、請求項１記載のパワーモジュール用基板であることを特徴とするパワーモジュール。
セラミックス板の表面に、純Ａｌ若しくはＡｌ合金により形成された導体パターンが、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材により接合され、この導体パターンの表面に半導体チップが設けられ、前記セラミックス板の表面から立上がる前記導体パターンの側面が前記セラミックス板の表面に対して略垂直に延在し、前記半導体チップが設けられる導体パターンの表面において、少なくともその外周縁から内側に１ｍｍ以上離れた部分は、Ｓｉの含有量が３ｗｔ％以下とされるパワーモジュール用基板の製造方法であって、
前記導体パターンは、純Ａｌ若しくはＡｌ合金により形成された母材から打ち抜いた導体パターン部材、または鋳造により形成した導体パターン部材を、セラミックス板にろう付けすることにより形成され、
このろう付けの前に予め、セラミックス板の表面において、接合される導体パターン部材の外周縁よりも外側に、溶融したろう材のうちセラミックス板と導体パターン部材との間から溢れ出た余剰分を収納する収納部を形成しておき、その後、セラミックス板の表面において収納部に囲まれた部分よりも内側にろう材箔を介して導体パターン部材を配置し、これらを積層方向に押圧した状態で加熱してろう材箔を溶融し、セラミックス板の表面に導体パターン部材をろう付けしてパワーモジュール用基板を形成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。
請求項３記載のパワーモジュール用基板の製造方法において、
前記収納部は、溝加工部若しくは粗面加工部と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方法。