JP5299303B2 - 識別記号付パワーモジュール用基板およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、識別記号付パワーモジュール用基板およびその製造方法に関する。
一般に、半導体素子の中でも電力供給のためのパワーモジュールは発熱量が比較的高い。このため、パワーモジュール用基板としては、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ等からなるセラミックス基板上に、アルミニウム板等の金属板をＡｌ−Ｓｉ系等のろう材により接合させたものが用いられている。この金属板は、後工程のエッチング処理によって所望パターンの回路が形成されて回路層となる。そして、エッチング後は、この回路層の表面にはんだ材により電子部品（半導体チップ等のパワー素子）が搭載され、パワーモジュールとなる。
このようなパワーモジュールにおいて、シリアルナンバーや基板の表面状態等を示す識別記号を付与し、製造履歴の確認や追跡調査等を行うことが求められている。識別記号は、たとえば特許文献１に示されるように、製品の表面に印字や刻印を施したり、マイクロチップを貼り付けたりすることにより付与できる。また、特許文献２に示されるように、アルミナ基板にガラスを積層し、レーザを照射することによりガラスを変色させ、基板上にバーコードを形成することも提案されている。
特開２００５−１３１６４６号公報 特開平７−２４９０９０号公報
しかしながら、パワーモジュール用基板はサイズが小さく、識別記号を付与するスペースを確保することができない。また、セラミックス基板を探傷検査したときの表面状態を示す識別記号を形成する場合、検査後のセラミックス基板に金属板が接合されてしまうと、識別記号が金属板によって覆われてしまい、接合後に表面状態を特定できなくなるという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、識別記号の形成用スペースを必要とせず、金属板の接合後であっても確認可能な識別記号を有するパワーモジュール用基板を提供することを目的とする。
本発明は、互いに接合されたセラミックス基板と金属板とを備え、前記セラミックス基板と前記金属板との間に、前記セラミックス基板と前記金属板とが互いに接合されている接合部と、前記セラミックス基板と前記金属板とが互いに接合されていない部分により形成された識別記号とが設けられている識別記号付パワーモジュール用基板である。
この識別記号付パワーモジュール用基板によれば、セラミックス基板と金属板とが接合されていない部分によって識別記号が形成されているので、形成用スペースがなくても識別記号を備えるパワーモジュール用基板を実現できる。なお、このような識別記号は、たとえば金属板とは反射特性が異なる空隙であって超音波検査により識別可能である。
この識別記号付パワーモジュールにおいて、前記識別記号は、前記金属板の表面に形成された凹部であることが好ましい。この場合、凹部がセラミックス基板に接合されず、金属板とセラミックス基板との間の空隙として識別記号が形成されているので、超音波検査等により認識可能である。
また、本発明の識別記号付パワーモジュール用基板の製造方法は、ろう付用のろう箔、セラミックス基板および金属板の少なくともいずれかの表面に接合妨害部を設けておき、前記セラミックス基板と前記金属板との間に前記ろう箔を配置するように、前記セラミックス基板、前記金属板および前記ろう箔を積層し、この積層方向に加圧しながら加熱して、前記セラミックス基板と前記金属板とをろう付し、前記セラミックス基板と前記金属板との間に、前記セラミックス基板と前記金属板とが互いに接合されている接合部と、前記接合妨害部によって前記セラミックス基板と前記金属板とが互いに接合されていない部分とを設け、この接合されていない部分による識別記号を形成する。
この製造方法によれば、ろう箔、セラミックス基板または金属板の表面に接合妨害部を形成した上でセラミックス基板と金属板とをろう箔によりろう付するだけで、超音波検査等により識別可能な識別記号を形成することができる。すなわち、識別記号に対応する文字や記号等の接合妨害部を形成することにより、この接合妨害部の形状に沿って未接合部分を形成できるので、超音波検査等により識別可能な識別記号を形成できる。
この製造方法において、前記接合妨害部は、前記ろう箔、前記セラミックス基板または前記金属板の前記表面に塗料により形成された塗膜であることが好ましい。この場合、ろう付時に塗膜が接合を妨害するので、ろう箔、セラミック基板または金属板の表面に印字等を施しておくだけで、識別記号を形成することができる。
あるいは、前記接合妨害部は、前記金属板の前記表面に形成された凹部であってもよい。この場合、凹部がセラミックス基板に接合されず空隙を形成することにより、識別記号を形成することができる。
本発明に係る識別記号付パワーモジュール用基板およびその製造方法によれば、識別記号の形成用スペースを必要とせず、金属板の接合後であっても確認可能な識別記号を有するパワーモジュール用基板を提供することができる。
本発明の識別記号付パワーモジュール用基板を示す斜視図である。 パワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールを示す断面図である。 図２に示すパワーモジュールの部分上面図である。 本発明に係る識別記号付パワーモジュール用基板の製造方法の実施形態を示す斜視図である。 本発明に係る識別記号付パワーモジュール用基板の製造方法の他の実施形態を示す斜視図である。
以下、本発明に係る識別記号付パワーモジュール用基板およびその製造方法の実施形態について説明する。本発明に係る識別記号付パワーモジュール用基板（以下、「パワーモジュール用基板」）１０は、図１に示すように、互いに接合されたセラミックス基板２０と金属板３０，３１とを備え、セラミックス基板２０と金属板３０，３１との間に、セラミックス基板２０と金属板３０，３１とが互いに接合されている接合部１１，１２と、互いに接合されていない部分により形成された識別記号１３とが設けられている。このパワーモジュール用基板１０において、セラミックス基板２０の表面に接合された金属板３０は回路層用、セラミックス基板２０の裏面に接合された金属板３１は放熱層用である。
セラミックス用基板２０は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、若しくはＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスを母材として矩形状に形成されている。回路層用の金属板３０は、純アルミニウム若しくはアルミニウム合金により形成される。放熱層用の金属板３１は、純アルミニウムにより形成される。これらセラミックス基板２０、両金属板３０，３１の相互間は、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｇｅ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｇ系またはＡｌ−Ｍｎ系等のろう材により、ろう付されている。
このパワーモジュール用基板１０を用いたパワーモジュール１００は、図２，図３に示すように、回路層用の金属板３０をエッチング加工して形成された回路パターン３２に半導体チップ等の電子部品１０１が搭載されるとともに、放熱層用の金属板３１に当接するヒートシンク１０２が取り付けられて構成される。
電子部品１０１は、回路層用の金属板３０の上に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｚｎ−Ａｌ系若しくはＰｂ−Ｓｎ系等のはんだ材１０３によって接合される。電子部品１０１と金属板３０の端子部との間は、アルミニウムからなるボンディングワイヤ１０４により接続される。
ヒートシンク１０２は、アルミニウム合金の押し出し成形によって形成され、その長さ方向に沿って冷却水を流通させるための多数の流路１０２ａが形成されている。ヒートシンク１０２は、ろう付、はんだ付、ボルト等によって接合される。
このパワーモジュール１００において、図３に示すように、電子部品１０１やボンディングワイヤ１０４等は、パワーモジュール用基板１０の識別記号１３に重ならない位置に接合されている。識別記号１３は、セラミックス基板２０と金属板３０とが互いに接合されない空隙部分により形成されているが、回路パターン３２等に重ならないように設けられることに加え、金属板３０の周囲から１ｍｍ以上離れたところに識別記号１３があることで、パワーモジュール１００における金属板３０の接合信頼性を妨げることはない。
パワーモジュール用基板１０は、製造番号やロット番号等が識別記号１３として設けられていることにより、製造情報等の確認が可能である。この識別記号１３はセラミックス基板２０と金属板３０との間に形成されているから、表面に余白のない小型の基板であっても識別記号１３を備えることができる。この識別記号１３はパワーモジュール用基板１０の表面には表れないが、たとえば超音波検査等により識別可能である。
以上説明したように、本実施形態のパワーモジュール用基板１０によれば、形成用スペースを必要としないので、小さいサイズの基板であっても識別記号１３を備えることができる。また、空隙により形成された識別記号１３は金属板３０の接合後であっても確認可能であるので、工程管理を容易かつ確実に行うことができる。
次に、本発明に係る識別記号付パワーモジュール用基板１０の製造方法の実施形態について説明する。パワーモジュール用基板１０は、図４に示すように、セラミックス基板２０，および金属板３０，３１を積層して接合した積層体を所望の大きさに分割することにより製造される。セラミックス基板２０と各金属板３０，３１との間は、ろう箔４０，４１を用いたろう付により接合される。
回路層用の金属板３０を接合するろう箔４０の表面には、接合妨害部４０ａが設けられている。接合妨害部４０ａは、ろう箔４０のセラミックス基板２０に接する面に塗料により形成された塗膜であり、たとえばバーコードや文字等を示す形状に形成されている。接合妨害部４０ａを形成する塗料としては、たとえば、マークテック株式会社製、エコインクＩＳ−０２Ｂ（商品名）等を用いることができる。
このろう箔４０を接合妨害部４０ａがセラミックス基板２０に接するようにセラミックス基板２０と回路層用の金属板３０との間に配置するとともに、他方のろう箔４１をセラミックス基板２０と放熱層用の金属板３１との間に配置するように、これらセラミックス基板２０、金属板３０，３１およびろう箔４０，４１を積層する。そして、この積層方向に加圧しながら加熱することにより、セラミックス基板２０と金属板３０，３１とをろう付する。
すると、セラミックス基板２０と金属板３１との間は、ろう箔４１により全面が接合される。これに対して、セラミックス基板２０と金属板３０との間では、セラミックス基板２０と金属板３０とが互いに接合されている接合部１１と、接合妨害部４０ａによってセラミックス基板２０と金属板３０とが互いに接合されていない部分とが設けられる。この接合されていない部部により、識別記号１３が形成される。すなわち、接合妨害部４０ａの塗膜の部分が空隙となって識別記号１３を形成する。空隙により形成された識別記号１３は、表面には露出しないが、超音波検査等により識別可能である。
以上説明したように、本実施形態の製造方法によれば、所望の形状に塗料を塗布したろう箔４０を用いてセラミックス基板２０と金属板３０とをろう付するだけで、表面に露出しない識別記号１３を有するパワーモジュール用基板１０を製造することができる。
なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、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。
接合妨害部は、前記実施形態ではろう箔のセラミックス基板に接する面に設けたが、ろう箔の金属板に接する面、あるいはセラミックス基板または金属板の表面に設けてもよい。また、前記実施形態では回路層用の金属板とセラミックス基板との間に接合妨害部を設けたが、放熱層用金属板とセラミックス基板との間に接合妨害部（すなわち識別信号）を設けてもよい。
また、前記実施形態では塗料により接合妨害部を形成したが、図５に示すように、金属板の表面に形成された刻印等の凹部からなる接合妨害部４０ｂであってもよい。いずれの場合も、セラミックス基板と金属板との接合面に接合妨害部を設けることにより、表面に露出しない識別記号を備えるパワーモジュール用基板を実現できる。
１０ 識別記号付パワーモジュール用基板
１１，１２ 接合部
１３ 識別記号
２０ セラミックス基板
３０，３１ 金属板
３２ 回路パターン
４０，４１ ろう箔
４０ａ，４０ｂ 接合妨害部
１００ パワーモジュール
１０１ 電子部品
１０２ ヒートシンク
１０２ａ 流路
１０３ はんだ材
１０４ ボンディングワイヤ

Claims (5)

  1. 互いに接合されたセラミックス基板と金属板とを備え、
    前記セラミックス基板と前記金属板との間に、前記セラミックス基板と前記金属板とが互いに接合されている接合部と、前記セラミックス基板と前記金属板とが互いに接合されていない部分により形成された識別記号とが設けられていることを特徴とする識別記号付パワーモジュール用基板。
  2. 前記識別記号は、前記金属板の表面に形成された凹部であることを特徴とする請求項１に記載の識別記号付パワーモジュール用基板。
  3. ろう付用のろう箔、セラミックス基板および金属板の少なくともいずれかの表面に接合妨害部を設けておき、
    前記セラミックス基板と前記金属板との間に前記ろう箔を配置するように、前記セラミックス基板、前記金属板および前記ろう箔を積層し、
    この積層方向に加圧しながら加熱して、前記セラミックス基板と前記金属板とをろう付し、
    前記セラミックス基板と前記金属板との間に、前記セラミックス基板と前記金属板とが互いに接合されている接合部と、前記接合妨害部によって前記セラミックス基板と前記金属板とが互いに接合されていない部分とを設け、この接合されていない部分による識別記号を形成することを特徴とする識別記号付パワーモジュール用基板の製造方法。
  4. 前記接合妨害部は、前記ろう箔、前記セラミックス基板または前記金属板の前記表面に塗料により形成された塗膜であることを特徴とする請求項３に記載の識別記号付パワーモジュール用基板の製造方法。
  5. 前記接合妨害部は、前記金属板の前記表面に形成された凹部であることを特徴とする請求項３に記載の識別記号付パワーモジュール用基板の製造方法。
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