JP5335361B2 - Power module substrate with heat sink and power module with heat sink - Google Patents

Power module substrate with heat sink and power module with heat sink Download PDF

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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ヒートシンク付パワーモジュール用基板及びこのヒートシンク付パワーモジュール用基板を用いたヒートシンク付パワーモジュールに関するものである。   The present invention relates to a power module substrate with a heat sink used in a semiconductor device for controlling a large current and a high voltage, and a power module with a heat sink using the power module substrate with a heat sink.

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ため、これを搭載する基板としては、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミ）からなるセラミックス基板上にＡｌ（アルミニウム）の金属板がＡｌ−Ｓｉ系のろう材を介して接合されたパワーモジュール用基板が用いられる。
この金属板は回路層として形成され、その金属板の上には、はんだ材を介してパワー素子の半導体チップが搭載される。 A power module for supplying power among semiconductor elements has a relatively high calorific value. For example, an Al (aluminum) metal plate is formed on a ceramic substrate made of AlN (aluminum nitride). A power module substrate bonded via a Si-based brazing material is used.
The metal plate is formed as a circuit layer, and a power element semiconductor chip is mounted on the metal plate via a solder material.

また、セラミックス基板の下面にも放熱のためにＡｌ等の金属板が接合されて金属層とされ、この金属層を介してヒートシンクが接合されたヒートシンク付パワーモジュール用基板が提案されている。このようなヒートシンク付パワーモジュール用基板においては、通常、例えば特許文献１の図１に示すように、パワーモジュール用基板が放熱板に接合され、この放熱板がヒートシンクの上面にグリースを介して積層固定されていた。
特開２００１−１４８４５１号公報 Also, a power module substrate with a heat sink has been proposed in which a metal plate such as Al is joined to the lower surface of the ceramic substrate to form a metal layer for heat dissipation, and a heat sink is joined via the metal layer. In such a power module substrate with a heat sink, for example, as shown in FIG. 1 of Patent Document 1, for example, the power module substrate is bonded to a heat sink, and this heat sink is laminated on the upper surface of the heat sink via grease. It was fixed.
JP 2001-148451 A

ところで、近年、パワーモジュールの小型化・薄肉化が進められるとともに、その使用環境も厳しくなってきており、電子部品からの発熱量が大きくなる傾向にあり、熱を効率的にヒートシンク側へと放散することができるヒートシンク付パワーモジュール用基板が要求されている。ところが、特許文献１の図１に示すようなヒートシンク付パワーモジュール用基板では、放熱板とヒートシンクとの間にグリースが介在しているため、このグリースが熱抵抗となって熱を効率的に放散することができない。
そこで、例えば特許文献１の図４に示すように、パワーモジュール用基板をヒートシンクの天板部に直接接合したヒートシンク付パワーモジュール用基板が提案されている。 By the way, in recent years, power modules have been made smaller and thinner, and the usage environment has become severe, and the amount of heat generated from electronic components tends to increase, and heat is efficiently dissipated to the heat sink. There is a need for a power module substrate with a heat sink that can do this. However, in the power module substrate with a heat sink as shown in FIG. 1 of Patent Document 1, since grease is interposed between the heat radiating plate and the heat sink, the grease becomes a thermal resistance to efficiently dissipate heat. Can not do it.
Therefore, for example, as shown in FIG. 4 of Patent Document 1, a power module substrate with a heat sink in which the power module substrate is directly bonded to the top plate portion of the heat sink has been proposed.

しかしながら、パワーモジュール用基板の熱膨張係数はセラミックス基板に依存して比較的小さく、ヒートシンクの天板部はアルミニウム等で構成されていて熱膨張係数が比較的大きいため、ヒートシンク付パワーモジュールに熱サイクルが負荷された際には、熱膨張率の差によって熱応力が生じ、パワーモジュール用基板に反り変形が生じるおそれがあった。また、熱応力によってセラミックス基板自体が破損したり、金属板（回路層及び金属層）とセラミックス基板との間で剥離が生じたりしてしまうおそれがあった。   However, the thermal expansion coefficient of the power module substrate is relatively small depending on the ceramic substrate, and the top plate of the heat sink is made of aluminum and the thermal expansion coefficient is relatively large. When the load is applied, thermal stress is generated due to the difference in thermal expansion coefficient, and there is a possibility that the power module substrate is warped and deformed. In addition, the ceramic substrate itself may be damaged by thermal stress, or peeling may occur between the metal plate (circuit layer and metal layer) and the ceramic substrate.

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、パワーモジュール用基板に搭載された電子部品等から発生した熱を効率良く放散させることができるとともに、高い熱サイクル信頼性を備えたヒートシンク付パワーモジュール用基板及びヒートシンク付パワーモジュールを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can efficiently dissipate heat generated from electronic components mounted on a power module substrate, and has high thermal cycle reliability. An object is to provide a power module substrate with a heat sink and a power module with a heat sink.

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板は、絶縁基板の一方の面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる回路層が形成されるとともに前記絶縁基板の他方の面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属層が形成されたパワーモジュール用基板と、前記金属層側に接合されるヒートシンクと、を備えたヒートシンク付パワーモジュール用基板であって、前記ヒートシンクは、前記金属層に接合される天板部を有しており、この天板部が、炭素質部材中に融点が６００℃以下のアルミニウム合金が充填されたアルミニウム基複合材料で構成され、前記天板部の前記アルミニウム合金が溶融又は半溶融することにより、前記天板部と前記金属層とが接合されていることを特徴としている。
In order to solve such problems and achieve the above object, the power module substrate with a heat sink of the present invention has a circuit layer made of aluminum or an aluminum alloy formed on one surface of the insulating substrate and the insulating layer. A power module substrate with a heat sink, comprising: a power module substrate on which a metal layer made of aluminum or an aluminum alloy is formed on the other surface of the substrate; and a heat sink bonded to the metal layer side. has a top plate portion which is joined to the metal layer, the top plate portion is composed of an aluminum-based composite material having a melting point is filled 600 ° C. or less of the aluminum alloy during carbonaceous member, wherein by the aluminum alloy of the top plate portion is molten or semi-molten, this that said metal layer and said top plate is joined It is characterized in.

この構成のヒートシンク付パワーモジュール用基板においては、ヒートシンクの天板部に、直接、パワーモジュール用基板が接合されているので、パワーモジュール用基板に配設された電子部品から発生した熱をヒートシンク側に向けて効率良く放散することが可能となる。
さらに、絶縁基板の他方の面に金属層が形成されているので、この金属層によって熱応力を吸収することができる。 In the power module substrate with a heat sink having this configuration, since the power module substrate is directly bonded to the top plate portion of the heat sink, the heat generated from the electronic components arranged on the power module substrate is transferred to the heat sink side. It becomes possible to dissipate efficiently toward.
Furthermore, since a metal layer is formed on the other surface of the insulating substrate, thermal stress can be absorbed by this metal layer.

また、天板部が、炭素質部材中にアルミニウム合金が充填されたアルミニウム基複合材料で構成されているので、天板部の熱膨張係数は、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成された従来のヒートシンク（天板部）に比べて小さくなり、パワーモジュール用基板との熱膨張係数の差が小さく、熱サイクル負荷時の熱応力の発生を抑制することができ、熱サイクル信頼性を向上させることができる。さらに、このアルミニウム基複合材料は、熱伝導性の高い炭素質部材を有しているので、電子部品から発生した熱を効率良く放散することが可能となる。
Moreover, since the top plate portion is made of an aluminum-based composite material in which an aluminum alloy is filled in a carbonaceous member, the thermal expansion coefficient of the top plate portion is the conventional heat sink (made of aluminum or aluminum alloy) Compared to the top plate portion), the difference in thermal expansion coefficient with the power module substrate is small, the generation of thermal stress during thermal cycle loading can be suppressed, and thermal cycle reliability can be improved. . Furthermore, since this aluminum-based composite material has a carbonaceous member having high thermal conductivity, it is possible to efficiently dissipate heat generated from the electronic component.

また、前記アルミニウム基複合材料において、前記炭素質部材には、融点が６００℃以下のアルミニウム合金が充填されているので、ヒートシンクの天板部とパワーモジュール用基板とを積層方向に加圧した状態で前記融点以上に加熱することにより、アルミニウム基複合材料（天板部）中のアルミニウム合金が溶融または半溶融し、ヒートシンクの天板部とパワーモジュール用基板とを接合することが可能となる。
Further, in the aluminum matrix composite material, the carbonaceous member is filled with an aluminum alloy having a melting point of 600 ° C. or lower, so that the top plate portion of the heat sink and the power module substrate are pressed in the stacking direction. By heating to above the melting point, the aluminum alloy in the aluminum-based composite material (top plate portion) is melted or semi-molten, and the top plate portion of the heat sink and the power module substrate can be joined.

さらに、前記アルミニウム基複合材料は、平均面間隔ｄ００２が０．３４０ｎｍ以下の黒鉛結晶含有炭素質マトリックス中に、融点が６００℃以下のアルミニウム合金が充填されたものであり、前記黒鉛結晶含有炭素質マトリックスの気孔の９０体積％以上が前記アルミニウム合金によって置換され、前記アルミニウム合金の含有率が、前記アルミニウム基複合材料全体積基準で３５％以下とされていることが好ましい。
この場合、ヒートシンクの天板部が、炭素成分量が比較的高く強度に優れるとともに熱伝導性が確保されているので、熱サイクル信頼性を向上させることができるとともに熱の放散をさらに促進することができる。
Further, the aluminum-based composite material is obtained by filling a graphite crystal-containing carbonaceous matrix having an average interplanar spacing d 002 of 0.340 nm or less with an aluminum alloy having a melting point of 600 ° C. or less. 90% by volume or more of the pores of the porous matrix is preferably replaced with the aluminum alloy , and the content of the aluminum alloy is preferably 35% or less based on the total volume of the aluminum-based composite material.
In this case, since the top plate of the heat sink has a relatively high carbon component amount and excellent strength and thermal conductivity is ensured, it can improve thermal cycle reliability and further promote heat dissipation. Can do.

また、前記天板部のうち前記金属層側に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるスキン層が形成されていることが好ましい。
この場合、天板部とパワーモジュール用基板とが、スキン層を介して接合されることになる。ここで、パワーモジュール用基板の金属層と天板部とがアルミニウム同士の接合となるため、パワーモジュール用基板と天板部とを強固に接合することが可能となる。また、スキン層が比較的変形抵抗の小さなアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されているので、熱応力をスキン層で吸収することができ、熱サイクル信頼性をさらに向上させることが可能となる。 Moreover, it is preferable that the skin layer which consists of aluminum or an aluminum alloy is formed in the said metal layer side among the said top-plate parts.
In this case, the top plate portion and the power module substrate are joined via the skin layer. Here, since the metal layer and the top plate portion of the power module substrate are bonded to each other, the power module substrate and the top plate portion can be firmly bonded. Further, since the skin layer is made of aluminum or aluminum alloy having a relatively small deformation resistance, the thermal stress can be absorbed by the skin layer, and the thermal cycle reliability can be further improved.

ここで、前記スキン層の平均厚さｔｓが、０．０３ｍｍ≦ｔｓ≦３ｍｍの範囲内に設定されていることが好ましい。
この場合、前記スキン層の平均厚さｔｓが０．０３ｍｍ以上とされているので、このスキン層において熱応力を確実に吸収することができる。また、前記スキン層の平均厚さｔｓが３ｍｍ以下とされているので、熱伝導性を確保することができ、熱の放散を効率良く行うことができる。なお、この効果をさらに奏功せしめるためには、スキン層の平均厚さｔｓを０．０５ｍｍ≦ｔｓ≦０．６ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。 Here, it is preferable that the average thickness ts of the skin layer is set in a range of 0.03 mm ≦ ts ≦ 3 mm.
In this case, since the average thickness ts of the skin layer is 0.03 mm or more, thermal stress can be reliably absorbed in the skin layer. Moreover, since the average thickness ts of the skin layer is 3 mm or less, thermal conductivity can be ensured and heat can be efficiently dissipated. In order to further achieve this effect, it is preferable to set the average thickness ts of the skin layer within a range of 0.05 mm ≦ ts ≦ 0.6 mm.

本発明のヒートシンク付パワーモジュールは、前述のヒートシンク付パワーモジュール用基板と、このヒートシンク付パワーモジュール用基板上に搭載された電子部品と、を備えることを特徴としている。
この構成のヒートシンク付パワーモジュールによれば、電子部品から発生する熱を効率良くヒートシンク側に放散することができるとともに、熱サイクル信頼性を向上させることができる。 A power module with a heat sink according to the present invention includes the above-described power module substrate with a heat sink, and an electronic component mounted on the power module substrate with a heat sink.
According to the power module with a heat sink having this configuration, heat generated from the electronic component can be efficiently dissipated to the heat sink side, and thermal cycle reliability can be improved.

本発明によれば、パワーモジュール用基板に搭載された電子部品等から発生した熱を効率良く放散させることができるとともに、高い熱サイクル信頼性を備えたヒートシンク付パワーモジュール用基板及びヒートシンク付パワーモジュールを提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat | fever generated from the electronic components etc. which were mounted in the board | substrate for power modules can be dissipated efficiently, and the board | substrate for power modules with a heat sink and power module with a heat sink provided with high thermal cycle reliability Can be provided.

以下に、本発明の参考形態及び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に本発明の参考形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板及びヒートシンク付パワーモジュールを示す。
このヒートシンク付パワーモジュール１は、回路層１２が配設されたパワーモジュール用基板１０と、回路層１２の表面にはんだ層２を介して接合された半導体チップ３と、ヒートシンク３０とを備えている。ここで、はんだ層２は、例えばＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、若しくはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ材とされている。なお、本参考形態では、回路層１２とはんだ層２との間にＮｉメッキ層（図示なし）が設けられている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Reference embodiments and embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a power module substrate with a heat sink and a power module with a heat sink, which are reference embodiments of the present invention.
The power module with heat sink 1 includes a power module substrate 10 on which a circuit layer 12 is disposed, a semiconductor chip 3 bonded to the surface of the circuit layer 12 via a solder layer 2, and a heat sink 30. . Here, the solder layer 2 is made of, for example, a Sn—Ag, Sn—In, or Sn—Ag—Cu solder material. In this reference embodiment , a Ni plating layer (not shown) is provided between the circuit layer 12 and the solder layer 2.

パワーモジュール用基板１０は、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）に配設された金属層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）で構成されている。また、セラミックス基板１１の厚さは、０．２〜１．５ｍｍの範囲内に設定されており、本参考形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。
The power module substrate 10 has a ceramic substrate 11, a circuit layer 12 disposed on one surface (the upper surface in FIG. 1) of the ceramic substrate 11, and the other surface (lower surface in FIG. 1) of the ceramic substrate 11. And a disposed metal layer 13.
The ceramic substrate 11 prevents electrical connection between the circuit layer 12 and the metal layer 13, and is made of highly insulating AlN (aluminum nitride). Moreover, the thickness of the ceramic substrate 11 is set within a range of 0.2 to 1.5 mm, and is set to 0.635 mm in the present embodiment .

回路層１２は、図３に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に導電性を有する金属板２２が接合されることにより形成されている。本参考形態においては、回路層１２は、純度が９９．９９％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなる金属板２２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。ここで、セラミックス基板１１と金属板２２の接合には、融点降下元素であるＳｉを含有したＡｌ−Ｓｉ系のろう材箔２４を用いている。
As shown in FIG. 3, the circuit layer 12 is formed by bonding a conductive metal plate 22 to one surface of the ceramic substrate 11. In the present embodiment , the circuit layer 12 is formed by joining a metal plate 22 made of a rolled plate of aluminum (so-called 4N aluminum) having a purity of 99.99% or more to the ceramic substrate 11. Here, for bonding the ceramic substrate 11 and the metal plate 22, an Al—Si brazing material foil 24 containing Si as a melting point lowering element is used.

金属層１３は、図３に示すように、セラミックス基板１１の他方の面に金属板２３が接合されることにより形成されている。本参考形態においては、金属層１３は、回路層１２と同様に、純度が９９．９９％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなる金属板２３がセラミックス基板１１に接合されることで形成されている。ここで、セラミックス基板１１と金属板２３の接合には、融点降下元素であるＳｉを含有したＡｌ−Ｓｉ系のろう材箔２５を用いている。
As shown in FIG. 3, the metal layer 13 is formed by bonding a metal plate 23 to the other surface of the ceramic substrate 11. In the present embodiment , the metal layer 13 is formed by bonding a metal plate 23 made of a rolled plate of aluminum (so-called 4N aluminum) having a purity of 99.99% or more to the ceramic substrate 11 in the same manner as the circuit layer 12. Is formed. Here, for bonding the ceramic substrate 11 and the metal plate 23, an Al—Si based brazing foil 25 containing Si as a melting point lowering element is used.

ヒートシンク３０は、前述のパワーモジュール用基板１０を冷却するためのものであり、パワーモジュール用基板１０と接合される天板部３１と、この天板部３１の下面側に立設された複数のフィン３２とを備えている。
そして、ヒートシンク３０の天板部３１は、炭素質部材中にアルミニウム又はアルミニウム合金が充填されたアルミニウム基複合材料で構成されている。 The heat sink 30 is for cooling the power module substrate 10 described above, and includes a top plate portion 31 joined to the power module substrate 10 and a plurality of erected on the lower surface side of the top plate portion 31. And fins 32.
And the top-plate part 31 of the heat sink 30 is comprised with the aluminum group composite material with which the carbonaceous member was filled with aluminum or aluminum alloy.

ここで、天板部３１を構成するアルミニウム基複合材料の熱膨張係数は、セラミックス基板１１の熱膨張係数よりも大きく、かつ、アルミニウムの熱膨張係数よりも小さく設定されている。より具体的には、ＡｌＮからなるセラミックス基板１１の熱膨張係数は、約４．５ｐｐｍ／Ｋとされ、アルミニウムの熱膨張係数は、約２３．５ｐｐｍ／Ｋとされており、天板部３１を構成するアルミニウム基複合材料の熱膨張係数は６〜１５ｐｐｍ／Ｋ程度とされている。
また、天板部３１を構成するアルミニウム基複合材料の熱伝導率は３００〜４００Ｗ／ｍ・Ｋ程度とされており、アルミニウムの熱伝導率（約２３８Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも高くされている。 Here, the thermal expansion coefficient of the aluminum matrix composite material constituting the top plate portion 31 is set to be larger than the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate 11 and smaller than the thermal expansion coefficient of aluminum. More specifically, the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate 11 made of AlN is about 4.5 ppm / K, and the thermal expansion coefficient of aluminum is about 23.5 ppm / K. The thermal expansion coefficient of the aluminum-based composite material is about 6 to 15 ppm / K.
In addition, the thermal conductivity of the aluminum matrix composite material constituting the top plate portion 31 is about 300 to 400 W / m · K, which is higher than the thermal conductivity of aluminum (about 238 W / m · K). .

そして、図１及び図２に示すように、ヒートシンク３０の天板部３１のうちパワーモジュール用基板１０側部分には、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるスキン層３３が形成されている。
このスキン層３３の平均厚さｔｓは、天板部３１全体の厚さｔｂに対して、０．０３×ｔｂ≦ｔｓ≦０．２０×ｔｂの範囲内とされており、より具体的には、０．０３ｍｍ≦ｔｓ≦３ｍｍの範囲内に設定されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, a skin layer 33 made of aluminum or an aluminum alloy is formed on the power module substrate 10 side portion of the top plate portion 31 of the heat sink 30.
The average thickness ts of the skin layer 33 is within a range of 0.03 × tb ≦ ts ≦ 0.20 × tb with respect to the thickness tb of the entire top plate portion 31, and more specifically, , 0.03 mm ≦ ts ≦ 3 mm.

ここで、本参考形態では、天板部３１は、平均面間隔ｄ００２が０．３４０ｎｍ以下の黒鉛結晶含有炭素質マトリックス中に、純度９９．９８％以上のアルミニウム（純アルミニウム）が充填されたアルミニウム基複合材料で構成されており、黒鉛結晶含有炭素質マトリックスの気孔の９０体積％以上が純アルミニウムによって置換され、この純アルミニウムの含有率が、アルミニウム基複合材料全体積基準で３５％以下とされている。
また、前述のスキン層３３は、天板部３１に充填された純度９９．９８％以上のアルミニウム（純アルミニウム）で構成されている。なお、本参考形態では、後述するように、ろう材箔３４を介して天板部３１とパワーモジュール用基板１０の金属層１３とを接合していることから、スキン層３３の一部において、ろう材箔３４の成分元素であるＳｉの拡散によって純度が９９．９８％未満となる。
Here, in this reference embodiment , the top plate portion 31 is filled with aluminum (pure aluminum) having a purity of 99.98% or more in a graphite crystal-containing carbonaceous matrix having an average interplanar spacing d 002 of 0.340 nm or less. 90% by volume or more of the pores of the graphite crystal-containing carbonaceous matrix are replaced with pure aluminum, and the pure aluminum content is 35% or less based on the total volume of the aluminum-based composite material. Has been.
The skin layer 33 is made of aluminum (pure aluminum) with a purity of 99.98% or more filled in the top plate portion 31. In the present embodiment , as will be described later, since the top plate portion 31 and the metal layer 13 of the power module substrate 10 are joined via the brazing material foil 34, in a part of the skin layer 33, The purity is less than 99.98% due to diffusion of Si, which is a component element of the brazing foil 34.

このような構成とされたヒートシンク付パワーモジュール用基板５０は、以下のようにして製造される。   The power module substrate 50 with a heat sink configured as described above is manufactured as follows.

まず、パワーモジュール用基板１０の製造方法について説明する。
図３に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に、回路層１２となる金属板２２（４Ｎアルミニウムの圧延板）がろう材箔２４を介して積層され、セラミックス基板１１の他方の面に金属層１３となる金属板２３（４Ｎアルミニウムの圧延板）がろう材箔２５を介して積層される。
このようにして形成された積層体をその積層方向に加圧（０．１〜０．３ＭＰａ）した状態で真空炉内に装入して加熱し、ろう材箔２４、２５を溶融して凝固させる。
このようにして、回路層１２及び金属層１３となる金属板２２、２３とセラミックス基板１１とが接合され、前述のパワーモジュール用基板１０が製造される。 First, a method for manufacturing the power module substrate 10 will be described.
As shown in FIG. 3, a metal plate 22 (4N aluminum rolled plate) to be the circuit layer 12 is laminated on one surface of the ceramic substrate 11 via a brazing material foil 24, and on the other surface of the ceramic substrate 11. A metal plate 23 (4N aluminum rolled plate) to be the metal layer 13 is laminated via a brazing filler metal foil 25.
The laminated body thus formed is charged in the lamination direction (0.1 to 0.3 MPa) and heated in a vacuum furnace to melt the brazing filler metal foils 24 and 25 and solidify them. Let
In this way, the metal plates 22 and 23 that become the circuit layer 12 and the metal layer 13 and the ceramic substrate 11 are joined together, and the power module substrate 10 described above is manufactured.

次に、ヒートシンク３０の天板部３１の製造方法について説明する。
図４に示すように、気孔率１０〜３０体積％の黒鉛板３５を準備し、この黒鉛板３５の両面にそれぞれ気孔率５体積％以下の黒鉛からなる挟持板３６、３６を配設し、この挟持板３６と黒鉛板３５とを、ステンレス製の押圧板３７，３７によって挟持する。これを、例えば１００〜２００ＭＰａで加圧した状態で７５０〜８５０℃に加熱し、純度９９．９８％以上の溶融アルミニウムを黒鉛板３５に含浸させ、これを冷却凝固させ、アルミニウム基複合材料を得る。このとき、溶融アルミニウムの一部が、黒鉛板３５の表面に滲み出してアルミニウム層３８が形成される。このアルミニウム層３８に切削加工を施してスキン層３３の厚さを調整することにより、前述の天板部３１が製出される。 Next, a method for manufacturing the top plate portion 31 of the heat sink 30 will be described.
As shown in FIG. 4, a graphite plate 35 having a porosity of 10 to 30% by volume is prepared, and sandwiching plates 36 and 36 made of graphite having a porosity of 5% by volume or less are disposed on both surfaces of the graphite plate 35, respectively. The sandwich plate 36 and the graphite plate 35 are sandwiched between stainless pressing plates 37 and 37. This is heated to 750 to 850 ° C. under a pressure of, for example, 100 to 200 MPa, impregnated with molten aluminum having a purity of 99.98% or more into the graphite plate 35, and cooled and solidified to obtain an aluminum-based composite material. . At this time, a part of the molten aluminum oozes out on the surface of the graphite plate 35 and the aluminum layer 38 is formed. By cutting the aluminum layer 38 and adjusting the thickness of the skin layer 33, the top plate portion 31 is produced.

次に、ヒートシンク付パワーモジュール用基板５０の製造方法について説明する。
図５に示すように、スキン層３３を有するヒートシンク３０の天板部３１の上に、ろう材箔３４を介して、パワーモジュール用基板１０を積層する。これを積層方向に加圧した状態で加熱してろう材箔３４を溶融させた後に冷却して凝固させ、パワーモジュール用基板１０の金属層１３とヒートシンク３０の天板部３１を接合することにより、本参考形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板５０が製造される。
Next, a method for manufacturing the power module substrate 50 with a heat sink will be described.
As shown in FIG. 5, the power module substrate 10 is laminated on the top plate portion 31 of the heat sink 30 having the skin layer 33 via the brazing material foil 34. This is heated in a state of being pressed in the laminating direction to melt the brazing filler metal foil 34 and then cooled and solidified to join the metal layer 13 of the power module substrate 10 and the top plate portion 31 of the heat sink 30. The power module substrate 50 with a heat sink as the reference embodiment is manufactured.

このような構成とされたヒートシンク付パワーモジュール用基板５０は、回路層１２の表面に半導体チップ３がはんだによって接合され、ヒートシンク付パワーモジュール１として使用される。   The power module substrate 50 with a heat sink having such a configuration is used as the power module 1 with a heat sink by bonding the semiconductor chip 3 to the surface of the circuit layer 12 by soldering.

以上のような構成とされた本参考形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板５０及びヒートシンク付パワーモジュール１においては、ヒートシンク３０の天板部３１に、直接、パワーモジュール用基板１０が接合されているので、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２上に配設された電子部品から発生した熱をヒートシンク３０側に向けて効率良く放散することが可能となる。
In the power module substrate with heat sink 50 and the power module with heat sink 1 according to the present embodiment configured as described above, the power module substrate 10 is directly joined to the top plate portion 31 of the heat sink 30. Therefore, it is possible to efficiently dissipate heat generated from the electronic components disposed on the circuit layer 12 formed on one surface of the ceramic substrate 11 toward the heat sink 30 side.

また、天板部３１が、炭素質部材中にアルミニウム又はアルミニウム合金が充填されたアルミニウム基複合材料で構成されており、天板部３１の熱膨張係数が６〜１５ｐｐｍ／Ｋ程度であって、ＡｌＮからなるセラミックス基板１１の熱膨張係数（約４．５ｐｐｍ／Ｋ）との差が小さいので、熱サイクル負荷時の熱応力の発生を抑制することができ、熱サイクル信頼性を向上させることができる。
また、天板部３１を構成するアルミニウム基複合材料が、熱伝導性の高い炭素質部材を有しており、その熱伝導率が３００〜４００Ｗ／ｍ・Ｋ程度と、アルミニウムの熱伝導率（約２３８Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも高くなっているので、電子部品から発生した熱を効率良く放散することができる。 The top plate portion 31 is made of an aluminum-based composite material in which a carbonaceous member is filled with aluminum or an aluminum alloy, and the thermal expansion coefficient of the top plate portion 31 is about 6 to 15 ppm / K, Since the difference from the thermal expansion coefficient (about 4.5 ppm / K) of the ceramic substrate 11 made of AlN is small, generation of thermal stress at the time of thermal cycle load can be suppressed, and thermal cycle reliability can be improved. it can.
Moreover, the aluminum matrix composite material which comprises the top-plate part 31 has a carbonaceous member with high heat conductivity, The heat conductivity is about 300-400 W / m * K, and the heat conductivity of aluminum ( Since it is higher than about 238 W / m · K), the heat generated from the electronic component can be efficiently dissipated.

また、天板部３１を構成するアルミニウム基複合材料が、炭素質部材に純度９９．９８％以上のアルミニウムが充填されたものとされているので、本参考形態のようにＡｌ−Ｓｉ系のろう材箔３４を使用しても、充填されたアルミニウムが溶け出すことがなく、天板部３１とパワーモジュール用基板１０の金属層１３とをろう付けによって接合することができる。
Further, since the aluminum-based composite material constituting the top plate portion 31 is a carbonaceous member filled with aluminum having a purity of 99.98% or more, the Al—Si type brazing material is used as in this embodiment. Even when the material foil 34 is used, the filled aluminum does not melt, and the top plate portion 31 and the metal layer 13 of the power module substrate 10 can be joined by brazing.

さらに、本参考形態では、天板部３１のうち金属層１３側部分に、純度９９．９８％以上のアルミニウム（純アルミニウム）からなるスキン層３３が形成されているので、天板部３１と金属層１３とが、スキン層３３を介して接合されることになり、パワーモジュール用基板１０と天板部３１とを強固に接合することができる。
また、スキン層３３が、比較的変形抵抗の低いアルミニウムで構成されているので、熱膨張係数が異なる天板部３１とパワーモジュール用基板１０との間の熱応力を、スキン層３３によって吸収することができる。これにより、熱サイクルが負荷された際の熱変形や反りが抑えられ、このヒートシンク付パワーモジュール１の熱サイクル信頼性を大幅に向上させることができる。
Furthermore, in the present embodiment , the skin layer 33 made of aluminum (pure aluminum) having a purity of 99.98% or more is formed on the metal plate 13 side portion of the top plate portion 31, so the top plate portion 31 and the metal The layer 13 is bonded through the skin layer 33, and the power module substrate 10 and the top plate portion 31 can be bonded firmly.
Further, since the skin layer 33 is made of aluminum having a relatively low deformation resistance, the skin layer 33 absorbs thermal stress between the top plate portion 31 and the power module substrate 10 having different thermal expansion coefficients. be able to. Thereby, thermal deformation and warping when a thermal cycle is loaded can be suppressed, and the thermal cycle reliability of the power module 1 with a heat sink can be greatly improved.

さらに、本実施形態では、天板部３１のうち金属層１３側部分に、純度９９．９８％以上のアルミニウム（純アルミニウム）からなるスキン層３３が形成されているので、天板部３１と金属層１３とが、スキン層３３を介して接合されることになり、パワーモジュール用基板１０と天板部３１とを強固に接合することができる。
また、スキン層３３が、比較的変形抵抗の低いアルミニウムで構成されているので、熱膨張係数が異なる天板部３１とパワーモジュール用基板１０との間の熱応力を、スキン層３３によって吸収することができる。これにより、熱サイクルが負荷された際の熱変形や反りが抑えられ、このヒートシンク付パワーモジュール１の熱サイクル信頼性を大幅に向上させることができる。 Further, in the present embodiment, the skin layer 33 made of aluminum (pure aluminum) having a purity of 99.98% or more is formed on the top plate portion 31 on the metal layer 13 side portion. The layer 13 is bonded through the skin layer 33, and the power module substrate 10 and the top plate portion 31 can be bonded firmly.
Further, since the skin layer 33 is made of aluminum having a relatively low deformation resistance, the skin layer 33 absorbs thermal stress between the top plate portion 31 and the power module substrate 10 having different thermal expansion coefficients. be able to. Thereby, thermal deformation and warping when a thermal cycle is loaded can be suppressed, and the thermal cycle reliability of the power module 1 with a heat sink can be greatly improved.

ここで、スキン層３３の平均厚さｔｓが０．０３ｍｍ以上とされているので、このスキン層３３において熱応力を確実に吸収することができる。また、スキン層３３の平均厚さｔｓが３ｍｍ以下とされているので、熱伝導性を確保することができ、熱の放散を効率良く行うことができる。   Here, since the average thickness ts of the skin layer 33 is 0.03 mm or more, thermal stress can be reliably absorbed in the skin layer 33. Moreover, since the average thickness ts of the skin layer 33 is 3 mm or less, heat conductivity can be ensured and heat can be efficiently dissipated.

さらに、本参考形態においては、セラミックス基板１１の一方の面に回路層１２が形成され、他方の面に金属層１３が形成されているので、図３に示すようにパワーモジュール用基板１０を製造した際に、反りの発生を抑制することができる。さらに、金属層１３によって熱応力を吸収することもできる。
Further, in the present embodiment , the circuit layer 12 is formed on one surface of the ceramic substrate 11 and the metal layer 13 is formed on the other surface, so that the power module substrate 10 is manufactured as shown in FIG. When this occurs, the occurrence of warpage can be suppressed. Furthermore, thermal stress can be absorbed by the metal layer 13.

このように、本参考形態のヒートシンク付パワーモジュール１によれば、半導体チップ３から発生する熱を効率良くヒートシンク３０側に放散することができるとともに、熱サイクル信頼性を大幅に向上させることが可能となる。
Thus, according to the power module 1 with a heat sink of the present embodiment, the heat generated from the semiconductor chip 3 can be efficiently dissipated to the heat sink 30 side, and the thermal cycle reliability can be greatly improved. It becomes.

次に、本発明の実施形態について図６、図７を参照して説明する。なお、参考形態と同一の部材には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
この本発明の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール１０１においては、ヒートシンク１３０の天板部１３１の構成が参考形態と異なっている。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member same as a reference form, and detailed description is abbreviate | omitted.
In the power module with heat sink 101 according to the embodiment of the present invention, the configuration of the top plate portion 131 of the heat sink 130 is different from the reference embodiment .

本実施形態における天板部１３１には、図６に示すように、パワーモジュール用基板１０側（金属層１３側）にスキン層が形成されていない。
また、天板部１３１は、平均面間隔ｄ００２が０．３４０ｎｍ以下の黒鉛結晶含有炭素質マトリックス中に、融点が６００℃以下のアルミニウム合金（本実施形態では、Ａｌ−Ｓｉ合金）が充填されたアルミニウム基複合材料で構成されており、黒鉛結晶含有炭素質マトリックスの気孔の９０体積％以上がＡｌ−Ｓｉ合金によって置換され、このＡｌ−Ｓｉ合金の含有率が、アルミニウム基複合材料全体積基準で３５％以下とされている。 As shown in FIG. 6, the skin layer is not formed on the power module substrate 10 side (metal layer 13 side) in the top plate portion 131 in the present embodiment.
The top plate 131 is filled with a graphite crystal-containing carbonaceous matrix having an average interplanar spacing d 002 of 0.340 nm or less and an aluminum alloy having a melting point of 600 ° C. or less (in this embodiment, an Al—Si alloy). 90% by volume or more of the pores of the graphite crystal-containing carbonaceous matrix are replaced by an Al—Si alloy, and the content of this Al—Si alloy is based on the total volume of the aluminum-based composite material. And 35% or less.

次に、本実施形態のヒートシンク付パワーモジュール用基板１５０の製造方法について説明する。
図７に示すように、天板部１３１の上面に、パワーモジュール用基板１０（金属層１３）を直接積層する。なお、天板部１３１の外面のうち、パワーモジュール用基板１０（金属層１３）が積層される面以外の部分には、天板部１３１中のＡｌ−Ｓｉ合金の滲み出しによる溶着を防止するために、黒鉛あるいはＢＮ（窒化硼素）の粉末を塗布しておく。 Next, a method for manufacturing the power module substrate with heat sink 150 of the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 7, the power module substrate 10 (metal layer 13) is directly laminated on the top surface of the top plate portion 131. In addition, the outer surface of the top plate portion 131 is prevented from being welded to the portion other than the surface on which the power module substrate 10 (metal layer 13) is laminated, due to the seepage of the Al—Si alloy in the top plate portion 131. For this purpose, graphite or BN (boron nitride) powder is applied.

これを積層方向に加圧（０．１５〜３．０ＭＰａ）した状態で５００〜６２０℃まで加熱する。すると、天板部１３１中に充填されているＡｌ−Ｓｉ合金の一部が表面に滲み出してきて、パワーモジュール用基板１０の金属層１３と天板部１３１とが接合されることになる。このとき、天板部１３１の外面のうちパワーモジュール用基板１０（金属層１３）が積層される面以外の部分からのＡｌ−Ｓｉ合金の滲み出しは、黒鉛あるいはＢＮ（窒化硼素）の粉末によって抑制される。このようにして、本実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板１５０が製出される。   This is heated to 500 to 620 ° C. while being pressurized (0.15 to 3.0 MPa) in the stacking direction. Then, a part of the Al—Si alloy filled in the top plate portion 131 oozes out to the surface, and the metal layer 13 and the top plate portion 131 of the power module substrate 10 are joined. At this time, the seepage of the Al—Si alloy from the outer surface of the top plate portion 131 other than the surface on which the power module substrate 10 (metal layer 13) is laminated is caused by graphite or BN (boron nitride) powder. It is suppressed. In this way, the power module substrate 150 with a heat sink according to the present embodiment is produced.

以上のような構成とされた本発明の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板１５０及びヒートシンク付パワーモジュール１０１においては、ヒートシンク１３０の天板部１３１に、直接、パワーモジュール用基板１０が接合されているので、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２上に配設された電子部品から発生した熱をヒートシンク１３０側に向けて効率良く放散することが可能となる。
また、前述のように、ろう材箔を用いることなく天板部１３１とパワーモジュール用基板１０の金属層１３とを接合することができる。
In the power module substrate with heat sink 150 and the power module with heat sink 101 according to the embodiment of the present invention configured as described above, the power module substrate 10 is directly bonded to the top plate portion 131 of the heat sink. Therefore, the heat generated from the electronic components disposed on the circuit layer 12 formed on one surface of the ceramic substrate 11 can be efficiently dissipated toward the heat sink 130 side.
Further, as described above, the top plate portion 131 and the metal layer 13 of the power module substrate 10 can be joined without using a brazing material foil.

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、本実施形態において、スキン層を備えた天板部をろう材箔を介して接合したものとして説明したが、これに限定されることはなく、スキン層を有していない天板部をろう付けによって接合してもよい。 一方、第２の実施形態において、スキン層を有していない天板部をろう材を使用せずに接合したものとして説明したが、これに限定されることはなく、スキン層を有する天板部をろう材を使用せずに接合してもよい。この場合、スキン層の一部が溶融又は半溶融して金属層と天板部とが接合されることになる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, It can change suitably in the range which does not deviate from the technical idea of the invention.
For example , in the present embodiment , the top plate portion provided with the skin layer has been described as being joined via the brazing material foil, but the present invention is not limited to this, and the top plate portion having no skin layer is used. You may join by brazing. On the other hand, in the second embodiment, the top plate portion having no skin layer has been described as being joined without using a brazing material, but the present invention is not limited to this, and the top plate having a skin layer. The parts may be joined without using a brazing material. In this case, a part of the skin layer is melted or semi-molten and the metal layer and the top plate portion are joined.

また、炭素質部材として、黒鉛結晶含有炭素質マトリックス（黒鉛部材）を用いたものとして説明したが、これに限定されることはなく、炭化ケイ素（ＳｉＣ）やダイヤモンド等で構成された炭素質部材であってもよい。   Further, the carbonaceous member has been described as using a carbon crystal matrix containing graphite crystal (graphite member), but is not limited to this, and the carbonaceous member composed of silicon carbide (SiC), diamond, or the like. It may be.

さらに、本実施形態において、黒鉛結晶含有炭素質マトリックス中に充填する融点が６００℃以下のアルミニウム合金として、Ａｌ−Ｓｉ合金を用いたものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えばＡｌ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金等の他のアルミニウム合金を用いても良い。
Furthermore, in the present embodiment , the aluminum alloy having a melting point of 600 ° C. or less filled in the graphite crystal-containing carbonaceous matrix has been described as using an Al—Si alloy, but the present invention is not limited thereto. You may use other aluminum alloys, such as an Al-Mg alloy and an Al-Si-Mg alloy.

また、スキン層を、天板部を構成するアルミニウム基複合材料中に充填されたアルミニウム又はアルミニウム合金を滲み出させて形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く、図８に示すように、天板部３３１を形成する際に、黒鉛板３３５とともにアルミニウム又はアルミニウム合金の板材３３９を挟持板３３６，３３６の間に挟みこんで、スキン層３３３を形成してもよい。この場合、天板部を構成するアルミニウム基複合材料中に充填されるアルミニウム又はアルミニウム合金と異なる組成のスキン層を形成することが可能となる。   Further, although the skin layer has been described as being formed by exuding aluminum or an aluminum alloy filled in the aluminum-based composite material constituting the top plate portion, the present invention is not limited to this, and FIG. As shown, when forming the top plate portion 331, the skin layer 333 may be formed by sandwiching a plate member 339 made of aluminum or an aluminum alloy between the sandwich plates 336 and 336 together with the graphite plate 335. In this case, it is possible to form a skin layer having a composition different from that of aluminum or aluminum alloy filled in the aluminum matrix composite material constituting the top plate portion.

さらに、一つのヒートシンク（天板部）の上に一つの緩衝層が配設され、一つの緩衝層の上に一つのパワーモジュール用基板が配設されたものを図示して説明したが、これに限定されることはなく、図９に示すように、一つのヒートシンク４３０（天板部４３１）の上に複数のパワーモジュール用基板１０が配設されていてもよい。   Furthermore, although one buffer layer is disposed on one heat sink (top plate part) and one power module substrate is disposed on one buffer layer, it has been illustrated and described. As shown in FIG. 9, a plurality of power module substrates 10 may be disposed on one heat sink 430 (top plate portion 431).

また、セラミックス基板をＡｌＮで構成されたものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３等の他のセラミックスで構成されていてもよい。
さらに、回路層を構成する金属板を純度９９．９９％の純アルミニウムの圧延板としたものとして説明したが、これに限定されることはなく、純度９９％のアルミニウム（２Ｎアルミニウム）等で構成されていてもよい。 Further, the ceramic substrate has been described as being composed of AlN, it is not limited thereto, Si 3 N 4, Al 2 O 3 may be constituted by other ceramics such.
Further, the metal plate constituting the circuit layer has been described as a rolled plate made of pure aluminum having a purity of 99.99%, but is not limited to this, and is made of aluminum (2N aluminum) having a purity of 99%. May be.

さらに、ヒートシンクとして天板部にフィンを立設したものとして説明したが、これに限定されることはなく、冷却媒体の流路を有するものであってもよく、ヒートシンクの構造に特に限定はない。   Further, the fins have been described as standing on the top plate as a heat sink, but the present invention is not limited to this, and may have a cooling medium flow path, and the heat sink structure is not particularly limited. .

本発明の参考形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板及びヒートシンク付パワーモジュールの概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the board | substrate for power modules with a heat sink and the power module with a heat sink which are the reference form of this invention. 図１に示すヒートシンク付パワーモジュール用基板に備えられた天板部の拡大説明図である。FIG. 2 is an enlarged explanatory view of a top plate portion provided in the power module substrate with a heat sink shown in FIG. 1. 図１に示すヒートシンク付パワーモジュール用基板に備えられたパワーモジュール用基板の製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the board | substrate for power modules with which the board | substrate for power modules with a heat sink shown in FIG. 図１に示すヒートシンク付パワーモジュール用基板に備えられた天板部の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the top-plate part with which the board | substrate for power modules with a heat sink shown in FIG. 1 was equipped. 図１に示すヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the board | substrate for power modules with a heat sink shown in FIG. 本発明の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板及びヒートシンク付パワーモジュールの概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the board | substrate for power modules with a heat sink and the power module with a heat sink which are embodiment of this invention . 図５に示すヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the board | substrate for power modules with a heat sink shown in FIG. 天板部の製造方法の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the manufacturing method of a top-plate part. 本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the board | substrate for power modules with a heat sink of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１，１０１ ヒートシンク付パワーモジュール
２ 半導体チップ（電子部品）
１０ パワーモジュール用基板
１１ セラミックス基板
１２ 回路層
１３ 金属層
３０、１３０、４３０ ヒートシンク
３１、１３１、３３１、４３１ 天板部
３３、１３３、３３３ スキン層
５０、１５０、４５０ ヒートシンク付パワーモジュール用基板 1,101 Power module with heat sink 2 Semiconductor chip (electronic component)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power module substrate 11 Ceramic substrate 12 Circuit layer 13 Metal layers 30, 130, 430 Heat sink 31, 131, 331, 431 Top plate portion 33, 133, 333 Skin layers 50, 150, 450 Power module substrate with heat sink

Claims (5)

絶縁基板の一方の面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる回路層が形成されるとともに前記絶縁基板の他方の面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属層が形成されたパワーモジュール用基板と、前記金属層側に接合されるヒートシンクと、を備えたヒートシンク付パワーモジュール用基板であって、
前記ヒートシンクは、前記金属層に接合される天板部を有しており、この天板部が、炭素質部材中に融点が６００℃以下のアルミニウム合金が充填されたアルミニウム基複合材料で構成され、
前記天板部の前記アルミニウム合金が溶融又は半溶融することにより、前記天板部と前記金属層とが接合されていることを特徴とするヒートシンク付パワーモジュール用基板。 A power module substrate in which a circuit layer made of aluminum or an aluminum alloy is formed on one surface of the insulating substrate and a metal layer made of aluminum or an aluminum alloy is formed on the other surface of the insulating substrate, and the metal layer side A power module substrate with a heat sink comprising:
The heat sink has a top plate portion joined to the metal layer, and the top plate portion is made of an aluminum-based composite material in which a carbonaceous member is filled with an aluminum alloy having a melting point of 600 ° C. or less. ,
A substrate for a power module with a heat sink , wherein the top plate portion and the metal layer are joined by melting or semi-melting the aluminum alloy of the top plate portion . 前記アルミニウム基複合材料は、平均面間隔ｄ００２が０．３４０ｎｍ以下の黒鉛結晶含有炭素質マトリックス中に、融点が６００℃以下のアルミニウム合金が充填されたものであり、前記黒鉛結晶含有炭素質マトリックスの気孔の９０体積％以上が前記アルミニウム合金によって置換され、前記アルミニウム合金の含有率が、前記アルミニウム基複合材料全体積基準で３５％以下とされていることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板。 The aluminum-based composite material, the average spacing d 002 is less of a graphite crystal-containing carbonaceous matrix 0.340 nm, melting point of which 600 ° C. or less of the aluminum alloy is filled, the graphite crystal-containing carbonaceous matrix of is replaced by 90 vol% or more the aluminum alloy of the porosity, content of the aluminum alloy, according to claim 1, characterized in that there is a more than 35% in the aluminum-based composite material total volume basis Power module substrate with heat sink. 前記天板部のうち前記金属層側には、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるスキン層が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板。 The power module substrate with a heat sink according to claim 1 or 2, wherein a skin layer made of aluminum or an aluminum alloy is formed on the metal layer side of the top plate portion. 前記スキン層の平均厚さｔｓが、０．０３ｍｍ≦ｔｓ≦３ｍｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項３に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板。 4. The power module substrate with a heat sink according to claim 3, wherein an average thickness ts of the skin layer is set in a range of 0.03 mm ≦ ts ≦ 3 mm. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板と、前記回路層上に搭載される電子部品と、を備えたことを特徴とするヒートシンク付パワーモジュール。 A power module with a heat sink, comprising: the power module substrate with a heat sink according to any one of claims 1 to 4 ; and an electronic component mounted on the circuit layer.
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