JP5299304B2 - パワーモジュール用基板の製造方法およびパワーモジュール用基板の製造中間体 - Google Patents

Description

本発明は、パワーモジュール用基板の製造方法およびパワーモジュール用基板の製造中間体に関する。

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、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、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、たとえば、セラミックス基板に金属板を接合した後に、金属板に刻印して識別記号を形成すると、セラミックス基板が割れるおそれがある。セラミックス基板の損傷を防ぐために弱い刻印を行うと、記号が浅く視認性が悪いという問題がある。

また、パワーモジュール用基板は従来、セラミックス基板と金属板とを接合した後、エッチングにより回路パターンを形成し、分割するとともにマージン部を取り除くことにより製造される。このため、エッチングの際に金属板にマスクを形成するが、金属板の表面に形成された識別記号はマスク下であってもエッチングによって形状が崩れ、判別できなくなるおそれがある。このため、パワーモジュール用基板の製造工程においてエッチング等の工程を経ても判別可能な識別記号を有する製造中間体が求められている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、パワーモジュール用基板の製造において、識別記号による品質管理を容易にすることを目的とする。

本発明は、識別記号を有する製造中間体を経てパワーモジュール用基板を製造する方法であって、前記パワーモジュール用基板となる製品部とマージン部とを一体に有する前記製造中間体を製造する工程として、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であって前記マージン部となる位置に、前記セラミックス基板と前記金属板との接合を妨害する接合妨害部を設ける工程と、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する工程と、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する工程とを有し、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して前記製造中間体を製造し、この製造中間体から前記パワーモジュール用基板を製造する工程として、前記マージン部において前記識別記号が形成された部分の表面にマスクを形成した状態で前記金属板を所定形状にエッチングする工程と、前記マージン部を取り除くとともに前記製品部を所定形状に分割する工程とを有し、前記識別記号が取り除かれたパワーモジュール用基板を製造する。

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金属板およびセラミックス基板とは反射特性が異なる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。また、この識別記号を製造中間体の内部に形成するので、表面にマスクを形成しておくことにより金属板をエッチングしても識別記号の形状を保つことができる。また、この識別記号を製造中間体のマージン部に設けるので、マージン部を取り除いた後のパワーモジュール用基板には識別記号が残らない。

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。

さらに本発明は、パワーモジュール用基板となる製品部とマージン部とを一体に有する製造中間体であって、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、前記識別記号は、前記マージン部に形成されている。

この製造中間体によれば、識別記号がセラミックス基板と金属板との接合部分に形成されているので、エッチングによって識別記号の形状が崩れることがない。また、識別記号が形成されたマージン部は取り除かれるので、この製造中間体から製造されたパワーモジュール用基板およびパワーモジュールには識別記号が残らない。なお、このような識別記号は、たとえば超音波検査により識別可能である。

この製造中間体において、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、セラミックス基板に接合される前の金属板に識別記号が形成されているので、刻印により識別記号を形成したとしても、セラミックス基板が損傷するおそれがない。

本発明に係るパワーモジュール用基板の製造方法および製造中間体によれば、セラミックス基板の破損を伴うおそれや、エッチングによって消滅するおそれ等がない識別記号を備えることにより、製造工程における管理が容易であるので、安定した品質のパワーモジュール用基板を供給することができる。

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。 本発明に係るパワーモジュール用基板の製造中間体を示す斜視図である。 本発明に係るパワーモジュール用基板の製造方法において、製造中間体の製造工程における各部材の積層状態を示す分解斜視図である。 本発明に係るパワーモジュール用基板の製造方法において、製造中間体の金属板をエッチングした後の状態を示す斜視図である。 本発明の製造方法により製造されたパワーモジュール用基板を示す斜視図である。

以下、本発明に係るパワーモジュール用基板の製造方法および製造中間体の実施形態について説明する。まず、パワーモジュール１００は、図１に示すように、パワーモジュール用基板９０に半導体チップ等の電子部品１０１およびヒートシンク１０２を取り付けて製造される。パワーモジュール用基板９０は、図２に示す本発明に係る製造中間体１０から製造され、互いに接合されたセラミックス基板２０と金属板３０，３１とを備えている。

パワーモジュール１００において、電子部品１０１は、金属板３０から形成された回路パターン３２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、ボルト等によってパワーモジュール用基板９０に接合される。

このパワーモジュール１００を構成するパワーモジュール用基板９０は、図２に示す製造中間体１０において金属板３０，３１がエッチングされ、図４に示すように回路パターン３２および放熱層３３が形成された後、図５に示すように所定のサイズに分割されることにより製造される。製造中間体１０は、分割後にパワーモジュール用基板９０となる製品部１０Ａとマージン部１０Ｂとを一体に有している。

なお、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）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、若しくはＡｌ_２Ｏ_３（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。

製造中間体１０は、ろう付により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と各金属板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、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により形成された識別記号１３とが設けられている。すなわち、セラミックス基板２０と金属板３１との間は全面が接合部１２である一方で、セラミックス基板２０と金属板３０との間は接合部１１と識別記号１３とである。

識別記号１３は、製造中間体１０の製造番号やロット番号等であり、マージン部１０Ｂに形成されていて、超音波検査等により判別可能である。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、後工程のエッチングにおいても金属板３０の表面にレジストを形成しておくことにより、明確に判別できる状態に保たれる。

このような識別記号１３を用いて、製造中間体１０のロット管理、工程内での選別等を容易かつ確実に行うことができる。そして、この製造中間体１０から、製品部１０Ａに金属板３０，３１のエッチングにより回路パターン３２および放熱層３３を形成し、所定のサイズに分割してマージン部１０Ｂを取り除くことにより、パワーモジュール用基板９０が製造される。識別記号１３は製造中間体１０のマージン部１０Ｂに形成されているので、パワーモジュール用基板９０には識別記号１３が残らない。

次に、本発明に係る識別記号１３を有する製造中間体１０を経てパワーモジュール用基板９０を製造する方法の実施形態について説明する。
まず、製造中間体１０を製造する。すなわち、ろう付用のろう箔４０、セラミックス基板２０および金属板３０，３１の少なくともいずれかの表面（本実施形態ではろう箔４０のセラミックス基板２０に接する表面）であってマージン部１０Ｂとなる位置に、前記セラミックス基板と前記金属板との接合を妨害する接合妨害部４０ａを設けておく。

この接合妨害部４０ａは、たとえば、セラミックス基板２０と金属板３０とを接合するろう箔４０のセラミックス基板２０に接する表面に、ろう付を阻害する塗料によりバーコードや文字等を印字することにより形成する。ろう付を阻害する塗料は、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。このような塗料がろう付を阻害することにより、印字に沿う形状の空隙による識別記号１３が形成される。

次いで、図３に示すように、セラミックス基板２０と各金属板３０，３１との間に各ろう箔４０，４１を配置するように、セラミックス基板２０、金属板３０，３１およびろう箔４０を積層し、この積層方向に加圧しながら加熱して、セラミックス基板２０と各金属板３０，３１とをろう付する。

これにより、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、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、この接合されていない部分による識別記号１３が形成されて、製造中間体１０が製造される。

この製造中間体１０は製品部１０Ａとマージン部１０Ｂとを一体に有しており、マージン部１０Ｂに識別記号１３が設けられている。したがって、識別記号１３を利用してロット管理等が可能である。

次に、この製造中間体１０からパワーモジュール用基板９０を製造する。すなわち、図４に示すように、マージン部１０Ｂにおいて識別記号１３が形成された部分の表面にマスクを形成した状態で金属板３０，３１を所定形状にエッチングして、回路パターン３２と放熱層３３とを形成する。

次いで、マージン部１０Ｂを取り除くとともに製品部１０Ａを所定形状に分割する。これにより、図５に示すように、識別記号１３が取り除かれたパワーモジュール用基板９０が製造される。

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。たとえば、前記実施形態では回路層用の金属板３０とセラミックス基板２０との間に識別記号１３が設けられているが、識別記号１３は放熱層用の金属板３１とセラミックス基板２０との間に設けられていてもよい。

また、接合妨害部は、金属板の表面に刻印等の凹部を形成することにより形成してもよい。凹部による接合妨害部は、接合後のセラミックス基板と金属板との間に空隙を形成するので、エッチングにより消失しない基板内部に、セラミックス基板に損傷を与えることなく、識別記号を形成できる。

１０ 製造中間体
１０Ａ 製品部
１０Ｂ マージン部
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
３３ 放熱層
４０，４１ ろう箔
４０ａ 接合妨害部
９０ パワーモジュール用基板
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. 識別記号を有する製造中間体を経てパワーモジュール用基板を製造する方法であって、
   前記パワーモジュール用基板となる製品部とマージン部とを一体に有する前記製造中間体を製造する工程として、
   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であって前記マージン部となる位置に、前記セラミックス基板と前記金属板との接合を妨害する接合妨害部を設ける工程と、
   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する工程と、
   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する工程とを有し、
   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して前記製造中間体を製造し、
   この製造中間体から前記パワーモジュール用基板を製造する工程として、
   前記マージン部において前記識別記号が形成された部分の表面にマスクを形成した状態で前記金属板を所定形状にエッチングする工程と、
   前記マージン部を取り除くとともに前記製品部を所定形状に分割する工程とを有し、
   前記識別記号が取り除かれたパワーモジュール用基板を製造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。
2. 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１に記載のパワーモジュール用基板の製造方法。
3. 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１に記載のパワーモジュール用基板の製造方法。
4. パワーモジュール用基板となる製品部とマージン部とを一体に有する製造中間体であって、
   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、
   前記識別記号は、前記マージン部に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の製造中間体。
5. 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４に記載のパワーモジュール用基板の製造中間体。

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