JP5569306B2 - Power module substrate manufacturing equipment - Google Patents

Power module substrate manufacturing equipment Download PDF

Info

Publication number
JP5569306B2
JP5569306B2 JP2010219568A JP2010219568A JP5569306B2 JP 5569306 B2 JP5569306 B2 JP 5569306B2 JP 2010219568 A JP2010219568 A JP 2010219568A JP 2010219568 A JP2010219568 A JP 2010219568A JP 5569306 B2 JP5569306 B2 JP 5569306B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
power module
module substrate
metal layer
infrared light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2010219568A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012074611A (en
Inventor
慎介 青木
敏之 長瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Priority to JP2010219568A priority Critical patent/JP5569306B2/en
Publication of JP2012074611A publication Critical patent/JP2012074611A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5569306B2 publication Critical patent/JP5569306B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation

Description

本発明は、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の製造装置に関する。 The present invention, high-current, about the production equipment of the power module substrate used in a semiconductor device for controlling the high voltage.

従来のパワーモジュールとして、セラミックス基板の一方の面に、回路層となるアルミニウム金属層が積層され、この回路層の上に半導体チップ等の電子部品がはんだ付けされるとともに、セラミックス基板の他方の面に放熱層となるアルミニウムの金属層が形成され、この金属層にヒートシンクが接合された構成のものが知られている。
また、特許文献１には、放熱層となる金属層を設けず、セラミックス基板に直接アルミニウム製の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。 As a conventional power module, an aluminum metal layer as a circuit layer is laminated on one surface of a ceramic substrate, and an electronic component such as a semiconductor chip is soldered on the circuit layer, and the other surface of the ceramic substrate. There is known a structure in which a metal layer of aluminum serving as a heat dissipation layer is formed and a heat sink is joined to the metal layer.
Patent Document 1 proposes a power module substrate with a heat sink in which an aluminum heat sink is directly bonded to a ceramic substrate without providing a metal layer serving as a heat dissipation layer.

セラミックス基板に回路層又は放熱層となる金属層を積層状態に形成するパワーモジュール用基板の製造工程において、特許文献２に示されるように、セラミックス基板に金属層を積層した積層体とクッションシート（加圧板）とをその厚さ方向に交互に重ねて加圧しながら加熱することにより、セラミックス基板と金属層とをろう付けする方法が知られている。
クッションシートは、セラミックス基板と金属層との接合面に圧力を均等に作用させるために用いられ、グラファイト製クッション層の両面にカーボン製緻密層が形成されている。 In a manufacturing process of a power module substrate in which a metal layer to be a circuit layer or a heat dissipation layer is formed in a laminated state on a ceramic substrate, as shown in Patent Document 2, a laminate in which a metal layer is laminated on a ceramic substrate and a cushion sheet ( There has been known a method of brazing a ceramic substrate and a metal layer by alternately pressing the pressure plates in the thickness direction and heating them while applying pressure.
The cushion sheet is used to apply pressure evenly to the joint surface between the ceramic substrate and the metal layer, and a dense carbon layer is formed on both surfaces of the graphite cushion layer.

特開２００８−２０５３７２号公報JP 2008-205372 A 特開２００８−１９２８２３号公報JP 2008-192823 A

このようなパワーモジュール用基板の製造方法においては、接合時に、セラミックス基板の片面もしくは両面に金属層を積層してなる積層体を複数積み重ねた状態で、加熱炉に入れて加熱している。その加熱炉として一般には真空加熱炉を使用しているが、サイクルタイムが長くなり、生産効率が悪い。そのため、ランプ炉等により急加熱することが検討されているが、セラミックス基板と金属層との積層体が複数積層状態とされているため、各積層体の中央部に熱が伝わりにくく、面方向に温度分布の差が生じたまま接合すると、均一に接合することができない。このため、全ての積層体を面内均一に加熱状態とするまでに時間を要し、生産効率の向上には限界がある。   In such a method for manufacturing a power module substrate, at the time of bonding, a plurality of laminated bodies each having a metal layer laminated on one or both sides of a ceramic substrate are stacked and heated in a heating furnace. A vacuum heating furnace is generally used as the heating furnace, but the cycle time becomes long and the production efficiency is poor. For this reason, rapid heating by a lamp furnace or the like has been studied, but since a plurality of laminated bodies of ceramic substrates and metal layers are in a laminated state, heat is not easily transmitted to the central portion of each laminated body, and the surface direction If bonding is performed with a difference in temperature distribution, uniform bonding cannot be achieved. For this reason, it takes time until all the laminates are heated uniformly in the surface, and there is a limit to improving the production efficiency.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、セラミックス基板と金属層とを短時間で接合することができるパワーモジュール用基板の製造装置を提供する。 The present invention was made in view of such circumstances, to provide a manufacturing equipment of the power module substrate that can be joined in a short period of time the ceramic substrate and the metal layer.

本発明のパワーモジュール用基板の製造装置は、セラミックス基板に金属層を接合材を介して積層した積層体を、高温下で加圧することにより接合してパワーモジュール用基板を製造するための装置であって、積層体の両面に配置される加圧板と、前記積層体の側方に配置された赤外線発生源とを具備するとともに、前記加圧板には、前記積層体に接触するカーボン層に赤外線導光層が積層されていること
を特徴とする。 The power module substrate manufacturing apparatus of the present invention is an apparatus for manufacturing a power module substrate by bonding a laminated body in which a metal layer is stacked on a ceramic substrate via a bonding material by pressing at a high temperature. The pressure plate includes pressure plates disposed on both sides of the laminate, and an infrared ray generation source disposed on a side of the laminate , and the pressure plate includes an infrared ray on a carbon layer in contact with the laminate. A light guide layer is laminated.

赤外線発生源から発する赤外線は赤外線導光層により加圧板の内部まで導かれる間にカーボン層を加熱するので、カーボン層が外周部だけでなく中央部も加熱され、金属層が面内均一に加熱されるとともに、その熱が金属層とセラミックス基板との接合面に速やかに伝えられる。これにより、加熱時間を短縮することができ、セラミックス基板と金属層とを短時間で接合することができる。   Infrared light emitted from the infrared light source heats the carbon layer while being guided to the inside of the pressure plate by the infrared light guide layer, so the carbon layer is heated not only at the outer periphery but also at the center, and the metal layer is heated uniformly in the surface. At the same time, the heat is quickly transferred to the joint surface between the metal layer and the ceramic substrate. Thereby, a heating time can be shortened and a ceramic substrate and a metal layer can be joined in a short time.

また、本発明のパワーモジュール用基板の製造装置において、前記カーボン層は、前記金属層と接触して配置される部分に、その他の部分より薄い薄肉部が形成されているとよい。
金属層と接触して配置される部分のカーボン層が薄肉に形成されているので、この部分の金属層が迅速に加熱され、セラミックス基板と金属層とをより短時間で接合することができる。 In the power module substrate manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable that the carbon layer has a thinner portion formed in a portion disposed in contact with the metal layer than other portions.
Since the portion of the carbon layer disposed in contact with the metal layer is formed thin, this portion of the metal layer is rapidly heated, and the ceramic substrate and the metal layer can be joined in a shorter time.

そして、本発明のパワーモジュール用基板の製造装置において、前記赤外線導光層は、面方向に導光した赤外線の進行方向を厚さ方向に変換させて前記カーボン層に照射する方向変換面が設けられているとよい。
この場合、方向変換面で赤外線の進行方向が変換され、カーボン層を集中的に加熱することができ、金属層を速やかに加熱することができる。 In the power module substrate manufacturing apparatus of the present invention, the infrared light guide layer is provided with a direction conversion surface that converts the traveling direction of infrared light guided in the surface direction into a thickness direction and irradiates the carbon layer. It is good to be.
In this case, the traveling direction of infrared rays is converted on the direction conversion surface, the carbon layer can be heated intensively, and the metal layer can be heated quickly.

また、本発明のパワーモジュール用基板の製造装置において、前記カーボン層は、前記金属層と接触して配置される部分に、その他の部分より薄い薄肉部が形成されており、前記赤外線導光層の方向変換面は、前記薄肉部に赤外線を照射するように設けられているとよい。
この場合、カーボン層の薄肉部を集中的に加熱することができるので、この部分に接触する金属層を効率的に加熱することができる。 Further, in the power module substrate manufacturing apparatus of the present invention, the carbon layer is formed with a thin portion thinner than other portions in a portion disposed in contact with the metal layer, and the infrared light guide layer The direction changing surface is preferably provided so as to irradiate the thin portion with infrared rays.
In this case, since the thin part of the carbon layer can be intensively heated, the metal layer in contact with this part can be efficiently heated.

さらに、本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、接合材を介在させてセラミックス基板と金属層とを積層した積層体と、カーボン層に赤外線導光層が積層された加圧板とを、前記カーボン層と前記金属層とを接触させて積層し、これらを厚さ方向に加圧した状態で外側方から赤外線で加熱することにより、前記セラミックス基板と前記金属層とを接合してパワーモジュール用基板を製造することを特徴とする。   Furthermore, the method for manufacturing a power module substrate of the present invention includes a laminate in which a ceramic substrate and a metal layer are laminated with a bonding material interposed therebetween, and a pressure plate in which an infrared light guide layer is laminated on a carbon layer. The carbon layer and the metal layer are brought into contact with each other and laminated, and the ceramic substrate and the metal layer are bonded to each other by heating with infrared rays from the outside in a state where they are pressed in the thickness direction. A substrate is manufactured.

本発明によれば、加圧板を介して金属層を速やかに加熱することができるので、セラミックス基板と金属層とを短時間で接合して、接合信頼性の高いパワーモジュール用基板を製造することができる   According to the present invention, since the metal layer can be quickly heated via the pressure plate, the ceramic substrate and the metal layer are bonded in a short time to produce a power module substrate with high bonding reliability. Can

本発明の実施形態のパワーモジュールの全体構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing the whole power module composition of an embodiment of the present invention. 第１実施形態のパワーモジュール用基板の製造装置を示す側面図である。It is a side view which shows the manufacturing apparatus of the board | substrate for power modules of 1st Embodiment. 第１実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法を説明する側面図である。It is a side view explaining the manufacturing method of the board | substrate for power modules of 1st Embodiment. 第２実施形態の加圧板を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the pressurization board of 2nd Embodiment. 第３実施形態のパワーモジュール用基板の製造装置を示す側面図である。It is a side view which shows the manufacturing apparatus of the board | substrate for power modules of 3rd Embodiment. 第３実施形態の加圧板を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the pressurization plate of 3rd Embodiment. 他の実施形態の加圧板を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the pressurization plate of other embodiment.

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明により製造されるパワーモジュール用基板３を適用したパワーモジュール１を示している。この図１のパワーモジュール１は、セラミックス基板２を有するパワーモジュール用基板３と、パワーモジュール用基板３の表面に搭載された半導体チップ等の電子部品４と、パワーモジュール用基板３の裏面に接合されたヒートシンク５とから構成される。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a power module 1 to which a power module substrate 3 manufactured according to the present invention is applied. The power module 1 in FIG. 1 is bonded to a power module substrate 3 having a ceramic substrate 2, an electronic component 4 such as a semiconductor chip mounted on the surface of the power module substrate 3, and the back surface of the power module substrate 3. The heat sink 5 is made up of.

パワーモジュール用基板３は、セラミックス基板２の両面に金属層６，７が積層されており、その一方の金属層６が回路層となり、その表面に電子部品４が接合される。また、他方の金属層７は放熱層とされ、その表面にヒートシンク５が取り付けられる。   In the power module substrate 3, metal layers 6 and 7 are laminated on both surfaces of the ceramic substrate 2, one of the metal layers 6 becomes a circuit layer, and the electronic component 4 is bonded to the surface thereof. The other metal layer 7 is a heat radiating layer, and the heat sink 5 is attached to the surface thereof.

セラミックス基板２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、もしくはＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスにより形成され、その厚さは例えば０．６３５ｍｍとされる。
金属層６，７は、いずれも純度９９．９０質量％以上のアルミニウムが用いられ、ＪＩＳ規格では、１Ｎ９０（純度９９．９０質量％以上：いわゆる３Ｎアルミニウム）又は１Ｎ９９（純度９９．９９質量％以上：いわゆる４Ｎアルミニウム）を用いることができる。
このパワーモジュール用基板３は、放熱層となる金属層７に緩衝機能を持たせたるため、回路層となる金属層６よりも肉厚に形成されたものを用いている。 The ceramic substrate 2 is made of, for example, nitride ceramics such as AlN (aluminum nitride), Si 3 N 4 (silicon nitride), or oxide ceramics such as Al 2 O 3 (alumina), and the thickness thereof is For example, it is set to 0.635 mm.
The metal layers 6 and 7 are each made of aluminum having a purity of 99.90% by mass or more. According to JIS standards, 1N90 (purity 99.90% by mass or more: so-called 3N aluminum) or 1N99 (purity 99.99% by mass or more). : So-called 4N aluminum) can be used.
The power module substrate 3 is formed so as to be thicker than the metal layer 6 serving as a circuit layer because the metal layer 7 serving as a heat dissipation layer has a buffer function.

本実施形態のパワーモジュール用基板３においては、例えば、回路層となる金属層６の厚さは０．６ｍｍとされ、放熱層となる金属層７の厚さが１．５ｍｍとされている。
これら金属層６，７は、プレス加工により所望の外形に打ち抜いたものをセラミックス基板２に接合するか、あるいは、平板状のものをセラミックス基板２に接合した後に、エッチング加工により所望の外形に形成するか、いずれの方法も採用することができる。 In the power module substrate 3 of the present embodiment, for example, the thickness of the metal layer 6 that is a circuit layer is 0.6 mm, and the thickness of the metal layer 7 that is a heat dissipation layer is 1.5 mm.
These metal layers 6 and 7 are formed into a desired external shape by etching after bonding a material punched into a desired external shape by pressing to the ceramic substrate 2 or joining a flat plate to the ceramic substrate 2. Either method can be employed.

セラミックス基板２と回路層及び放熱層となる金属層６，７とは、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けされている。   The ceramic substrate 2 and the metal layers 6 and 7 serving as the circuit layer and the heat dissipation layer are brazed with a brazing material such as Al—Si, Al—Ge, Al—Cu, Al—Mg, or Al—Mn. Has been.

なお、金属層６と電子部品４との接合には、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系，Ｚｎ−Ａｌ系もしくはＰｂ−Ｓｎ系等のはんだ材が用いられる。図中符号８がそのはんだ接合層を示す。また、電子部品４と金属層６の端子部との間は、アルミニウム等からなるボンディングワイヤ（図示略）により接続される。   For joining the metal layer 6 and the electronic component 4, a solder material such as Sn—Ag—Cu, Zn—Al, or Pb—Sn is used. Reference numeral 8 in the figure indicates the solder joint layer. The electronic component 4 and the terminal portion of the metal layer 6 are connected by a bonding wire (not shown) made of aluminum or the like.

一方、ヒートシンク５は、その形状等は特に限定されないが、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１６が形成されている。
放熱層となる金属層７とヒートシンク５との間の接合法としては、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｇｅ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｇ系またはＡｌ−Ｍｎ系等の合金のろう材によるろう付け法や、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材にフラックスを用いたノコロックろう付け法、金属層およびヒートシンクにＮｉめっきを施し、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｚｎ−ＡｌもしくはＰｂ−Ｓｎ系等のはんだ材によりはんだ付けする方法が用いられ、あるいは、シリコングリースによって密着させた状態でねじによって機械的に固定される。図１では、ろう付けした例を示している。 On the other hand, the shape and the like of the heat sink 5 are not particularly limited, but are formed by extrusion molding of an aluminum alloy, and a large number of flow paths 16 are formed along the length direction for circulating cooling water.
As a joining method between the heat sink 5 and the metal layer 7 serving as a heat dissipation layer, an Al—Si based, Al—Ge based, Al—Cu based, Al—Mg based, or Al—Mn based alloy brazing material is used. Brazing method, Nocolok brazing method using flux for Al-Si based brazing material, Ni plating on metal layer and heat sink, Sn-Ag-Cu based, Zn-Al or Pb-Sn based solder A method of soldering with a material is used, or it is mechanically fixed with screws in a state of being in close contact with silicon grease. FIG. 1 shows a brazed example.

このパワーモジュール１に用いられているパワーモジュール用基板３の製造装置１００について、本発明に係る実施形態を説明する。
図２に示すように、第１実施形態のパワーモジュール用基板の製造装置１００は、接合材であるろう材箔（図示略）を介してセラミックス基板２と金属層６，７とを積層してなる積層体３０の両面に配置される加圧板４０と、これら積層体３０と加圧板４０とを積み重ねた状態で、図に矢印で示すように厚さ方向に加圧する加圧装置１１０とを、ランプ炉内に備えた構成とされる。 An embodiment according to the present invention will be described for a manufacturing apparatus 100 for a power module substrate 3 used in the power module 1.
As shown in FIG. 2, the power module substrate manufacturing apparatus 100 of the first embodiment laminates the ceramic substrate 2 and the metal layers 6 and 7 via a brazing material foil (not shown) that is a bonding material. A pressure plate 40 disposed on both surfaces of the laminate 30 and a pressure device 110 that pressurizes the laminate 30 and the pressure plate 40 in the thickness direction as indicated by arrows in the figure, It is set as the structure provided in the lamp furnace.

加圧装置１１０は、ベース板１１１と、ベース板１１１の上面の四隅に上下方向に沿って取り付けられたガイドポスト１１２と、これらガイドポスト１１２の上端部に固定された固定板１１３と、これらベース板１１１と固定板１１３との間で上下移動自在にガイドポスト１１２に支持された押圧板１１４と、固定板１１３と押圧板１１４との間に設けられて押圧板１１４を下方に付勢するばね１１５とを備えている。
固定板１１３および押圧板１１４は、ベース板１１１に対して平行に配置されている。積層体３０および加圧板４０は、ベース板１１１と押圧板１１４との間に交互に積層されて、ばね１１５の付勢力によって積層体３０の厚さ方向（積層方向）に加圧される。なお、ばね１１５の付勢力による積層体３０に対する押圧力は、０．５×１０５〜５×１０５Ｐａである。 The pressure device 110 includes a base plate 111, guide posts 112 attached to the four corners of the upper surface of the base plate 111 along the vertical direction, a fixed plate 113 fixed to the upper end portions of the guide posts 112, and the bases A pressing plate 114 supported by the guide post 112 so as to be movable up and down between the plate 111 and the fixing plate 113, and a spring provided between the fixing plate 113 and the pressing plate 114 to urge the pressing plate 114 downward. 115.
The fixed plate 113 and the pressing plate 114 are arranged in parallel to the base plate 111. The stacked body 30 and the pressure plate 40 are alternately stacked between the base plate 111 and the pressing plate 114 and are pressed in the thickness direction (stacking direction) of the stacked body 30 by the urging force of the spring 115. In addition, the pressing force with respect to the laminated body 30 by the urging | biasing force of the spring 115 is 0.5 * 10 < 5 > -5 * 10 < 5 > Pa.

加圧板４０は、図３に示すように、カーボン層４１と赤外線導光層４２とをろう付けにより積層した状態に形成される。これらカーボン層４１と赤外線導光層４２とのろう付けには、積層体３０のろう付け時には溶融しない、積層体３０のろう材箔よりも高融点のろう材が用いられる。   As shown in FIG. 3, the pressure plate 40 is formed by laminating a carbon layer 41 and an infrared light guide layer 42 by brazing. For the brazing of the carbon layer 41 and the infrared light guide layer 42, a brazing material having a melting point higher than that of the brazing material foil of the laminated body 30 that does not melt when the laminated body 30 is brazed is used.

カーボン層４１は、赤外線導光層４２との積層面の中央部にその他の部分より薄い薄肉部４１ａが形成されている。
そして、赤外線導光層４２のカーボン層４１との積層面は、カーボン層４１の薄肉部４１ａに合わせて中央部が突出して設けられ、両者の間に隙間が生じないように緊密接触状態とされる。赤外線導光層４２には、赤外線透過性を有するＳｉＯ２及びＡｌＮ等を用いることができる。ＡｌＮを用いる場合には、本来無色透明であるＡｌＮの含有量が９９質量％以上で、かつ真密度に対する相対密度が９５％以上とされる内部の気孔数が少ない透明度の高い窒化アルミニウム焼結層を用いることで良好な赤外線透過性を得ることができる。ＡｌＮの含有量が９９質量％未満かつ相対密度が９５％未満では、透明度が低く、所望の赤外線透過性が得られない。この赤外線導光層４２としては、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）の測定により４０％以上の赤外線透過率を有しているものが好ましい。 In the carbon layer 41, a thin portion 41a thinner than other portions is formed at the center of the laminated surface with the infrared light guide layer.
The laminated surface of the infrared light guide layer 42 and the carbon layer 41 is provided so that the center portion protrudes in accordance with the thin portion 41a of the carbon layer 41, and is in close contact with each other so that no gap is formed between them. The For the infrared light guide layer 42, SiO 2 and AlN having infrared transparency can be used. When AlN is used, the aluminum nitride sintered layer having a high transparency with a small number of internal pores in which the content of AlN, which is originally colorless and transparent, is 99% by mass or more and the relative density to the true density is 95% or more Good infrared transparency can be obtained by using. When the content of AlN is less than 99% by mass and the relative density is less than 95%, the transparency is low and the desired infrared transparency cannot be obtained. The infrared light guide layer 42 preferably has an infrared transmittance of 40% or more as measured by a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR).

このように構成された加圧板４０と積層体３０とを、その積層方向に交互に重ねて加圧装置１１０に保持し、これらを厚さ方向（積層方向）に加圧した状態でランプ炉内に装入する。そして、この加圧状態で積層体３０の側方に配置されたハロゲンランプ（赤外線発生源）３２を照射して積層体３０を加熱することによりろう付けを行い、パワーモジュール用基板３を製造することができる。   The pressure plate 40 and the laminate 30 configured in this manner are alternately stacked in the stacking direction and held in the pressurizing apparatus 110, and in the state where they are pressed in the thickness direction (stacking direction) To charge. And the brazing is performed by irradiating the halogen lamp (infrared ray generation source) 32 arranged on the side of the laminated body 30 in this pressurized state to heat the laminated body 30 to manufacture the power module substrate 3. be able to.

この際、積層体３０の外周部は、図３の実線矢印で示すように、ハロゲンランプ３２からの輻射熱によって直接的に加熱される。また、上述したように、加圧板４０を構成する赤外線導光層４２は赤外線透過性を有しており、赤外線発生源であるハロゲンランプ３２の光を破線矢印で示すように透過させて、加圧板３０の中央部まで導く間にカーボン層４１を加熱する。さらに、カーボン層４１の中央部には薄肉部４１ａが形成されており、この薄肉部４１ａが速やかに加熱されるため、この部分に接触して積み重ねられた各積層体３０の金属層６，７が迅速に加熱される。これにより、積層体３０の外周部から中央部に至るまで短時間で均一に加熱され、セラミックス基板２と金属層６，７とを短時間で均一に接合することができる。   At this time, the outer peripheral portion of the laminated body 30 is directly heated by the radiant heat from the halogen lamp 32 as indicated by solid line arrows in FIG. Further, as described above, the infrared light guide layer 42 that constitutes the pressure plate 40 has infrared transparency, and transmits light from the halogen lamp 32 that is an infrared generation source as indicated by a broken-line arrow. The carbon layer 41 is heated while being led to the center of the pressure plate 30. Further, a thin portion 41a is formed in the central portion of the carbon layer 41, and the thin portion 41a is rapidly heated. Therefore, the metal layers 6 and 7 of the stacked bodies 30 stacked in contact with this portion are stacked. Is heated quickly. Thereby, it heats uniformly from the outer peripheral part of the laminated body 30 to a center part in a short time, and can join the ceramic substrate 2 and the metal layers 6 and 7 uniformly in a short time.

次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態は、図４に示すように、加圧板４０Ａの赤外線導光層４２Ａに、方向変換面４３ａを形成して構成される。
方向変換面４３ａは、カーボン層４１の薄肉部４１ａに赤外線を照射するように設けられ、図４に示す例では、赤外線導光層４２Ａの背面に横断面直角三角形の溝部４３を形成することにより、その４５°の斜面が方向変換面４３ａとされたものであり、赤外線導光層４２Ａの面方向に導光した赤外線の進行方向を厚さ方向に変換させてカーボン層４１に照射するように形成されている。赤外線導光層４２Ａの外周部に照射された赤外線の多くは、実線矢印で示すように、赤外線導光層４２Ａ内を面方向に直進するが、方向変換面４３ａで厚さ方向に進行方向を変換されてカーボン層４１に照射される。これにより、赤外線発生源から遠くに配置されている積層体３０の中央部付近を集中的に加熱することができ、赤外線発生源に近く比較的加熱され易い積層体３０の外周部付近との温度差を小さくすることができるので、より均一に積層体全体を加熱することができる。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 4, the second embodiment is configured by forming a direction changing surface 43a on the infrared light guide layer 42A of the pressure plate 40A.
The direction changing surface 43a is provided so as to irradiate the thin portion 41a of the carbon layer 41 with infrared rays. In the example shown in FIG. 4, the groove portion 43 having a right-angled triangular cross section is formed on the back surface of the infrared light guiding layer 42A. The 45 ° slope is the direction converting surface 43a, and the traveling direction of infrared light guided in the surface direction of the infrared light guiding layer 42A is converted into the thickness direction so as to irradiate the carbon layer 41. Is formed. Most of the infrared rays irradiated to the outer peripheral portion of the infrared light guiding layer 42A go straight in the surface direction in the infrared light guiding layer 42A, as indicated by the solid line arrow, but the direction change surface 43a changes the traveling direction in the thickness direction. The carbon layer 41 is irradiated after being converted. Thereby, the central part vicinity of the laminated body 30 arrange | positioned far from an infrared rays generation source can be heated intensively, and temperature with the vicinity of the outer peripheral part of the laminated body 30 near an infrared ray generation source which is comparatively easy to heat. Since the difference can be reduced, the entire laminate can be heated more uniformly.

図５及び図６は、本発明の第３実施形態を示している。第３実施形態は、図６に示すように、二枚の加圧板４０Ａを、赤外線導光層４２Ａの背面同士を重ねた状態で各積層体３０の間に配置し、これら加圧板４０Ａと積層体３０とを複数積み重ねて、図５に示すように、加圧装置１１０に保持する。
図６に示すように、赤外線導光板４２Ａの外周部から導光される赤外線は、二枚重ねた加圧板４０Ａのそれぞれのカーボン層４１に照射され、これらカーボン層４１の両側に接触して設けられる金属層６，７を速やかに加熱する。これにより、一度に複数の積層体３０をろう付けしてパワーモジュール用基板を製造することが可能である。
その他の構成は、上述の実施形態のものと同じであり、共通部分に同一符号を付して説明を省略する。 5 and 6 show a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, as shown in FIG. 6, two pressure plates 40 </ b> A are arranged between the stacked bodies 30 in a state where the back surfaces of the infrared light guide layers 42 </ b> A are overlapped, and the pressure plates 40 </ b> A are stacked. A plurality of the bodies 30 are stacked and held in the pressurizing device 110 as shown in FIG.
As shown in FIG. 6, the infrared light guided from the outer peripheral portion of the infrared light guide plate 42 </ b> A is irradiated to the carbon layers 41 of the two pressure plates 40 </ b> A stacked, and is provided in contact with both sides of the carbon layers 41. Layers 6 and 7 are heated quickly. Thereby, it is possible to manufacture a power module substrate by brazing a plurality of laminated bodies 30 at a time.
Other configurations are the same as those of the above-described embodiment, and common portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

なお、本発明は上記実施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。
上述の実施形態の加圧板においては、カーボン層に薄肉部を設けていたが、加圧板の構成は本実施形態に限定されることはなく、例えば図７に示すように、平板状のカーボン層４１Ｂと赤外線導光板４２Ｂとで加圧板４０Ｂを構成してもよい。この場合においても、赤外線導光層４２Ｂの面方向に赤外線を導光させて、この赤外線導光層４２Ｂに面する金属層６，７を加熱することができるので、積層体の内部を効果的に加熱することができる。
また、図４及び図６に示すように、加圧板の赤外線導光層に溝部４３設ける際には、その溝部４３の方向変換面４３ａに、反射率の高い金属等をめっきして反射膜を形成するようにしてもよい。また、赤外線導光層の外周部と中央部とで、屈折率の異なる材料を組み合わせることにより、その組合せ界面を方向変換面としてもよい。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
In the pressure plate of the above-described embodiment, the thin portion is provided in the carbon layer. However, the configuration of the pressure plate is not limited to this embodiment. For example, as shown in FIG. The pressure plate 40B may be configured by 41B and the infrared light guide plate 42B. Also in this case, infrared rays can be guided in the surface direction of the infrared light guide layer 42B, and the metal layers 6 and 7 facing the infrared light guide layer 42B can be heated. Can be heated.
4 and 6, when the groove 43 is provided in the infrared light guide layer of the pressure plate, a reflective film is formed by plating a high-reflectance metal or the like on the direction changing surface 43a of the groove 43. You may make it form. Further, by combining materials having different refractive indexes at the outer peripheral portion and the central portion of the infrared light guide layer, the combined interface may be used as the direction changing surface.

さらに、上記実施形態では、金属層に純度９９．９０％以上のアルミニウムを用いたが、純度９９％以上のアルミニウム又はアルミニウム合金を用いてもよい。また、回路層及び放熱層となる金属層に同じ材質のものを用いたが、両金属層はこれに限定されるものではなく、回路層及び放熱層を別々の材質としてもよい。例えば、放熱層にアルミニウムを用い、回路層に銅を用いる構成とすることができる。
また、上記の実施形態においては、セラミックス基板の両面に回路層及び放熱層となる金属層を積層してパワーモジュール用基板を構成し、その放熱層にヒートシンクを取り付ける構成としていたが、放熱層を設けずにセラミックス基板の裏面に直接ヒートシンクをろう付け等により接合してパワーモジュール用基板を構成してもよい。 Further, in the above embodiment, aluminum having a purity of 99.90% or more is used for the metal layer, but aluminum or aluminum alloy having a purity of 99% or more may be used. Moreover, although the same material was used for the metal layer used as the circuit layer and the heat dissipation layer, both metal layers are not limited to this, and the circuit layer and the heat dissipation layer may be made of different materials. For example, aluminum can be used for the heat dissipation layer and copper can be used for the circuit layer.
Further, in the above embodiment, the power module substrate is configured by laminating the metal layer to be the circuit layer and the heat dissipation layer on both surfaces of the ceramic substrate, and the heat sink is attached to the heat dissipation layer. The power module substrate may be configured by bonding a heat sink directly to the back surface of the ceramic substrate by brazing or the like without providing it.

さらに、セラミックス基板と金属層とは、拡散接合（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｂｏｎｄｉｎｇ）によって接合してもよい。その接合方法について簡単に説明すると、金属層にスパッタリングによってＡｇを含有する固着層を形成した後、その固着層をセラミックス基板に接触させた状態で積層し、この積層体を加圧、加熱することにより、Ａｇが金属層に拡散して金属層の固着層近傍の融点を低下させ、セラミックス基板と金属層との界面に溶融金属層を形成する。さらに、拡散が進むと、溶融金属層のＡｇ濃度が低下して融点が上昇することにより凝固して、セラミックス基板と金属層とが接合される。   Further, the ceramic substrate and the metal layer may be bonded by diffusion bonding (Transient Liquid Phase Diffusion Bonding). The bonding method will be briefly described. After forming a fixed layer containing Ag on the metal layer by sputtering, the fixed layer is laminated in contact with the ceramic substrate, and the laminate is pressurized and heated. As a result, Ag diffuses into the metal layer and lowers the melting point in the vicinity of the fixed layer of the metal layer, thereby forming a molten metal layer at the interface between the ceramic substrate and the metal layer. Further, as diffusion proceeds, the Ag concentration of the molten metal layer decreases and the melting point increases, so that it solidifies, and the ceramic substrate and the metal layer are joined.

１ パワーモジュール
２ セラミックス基板
３ パワーモジュール用基板
４ 電子部品
５ ヒートシンク
６，７ 金属層
８ はんだ接合層
１６ 流路
３０ 積層体
３２ ハロゲンランプ（赤外線発生源）
４０，４０Ａ，４０Ｂ 加圧板
４１，４１Ｂ カーボン層
４１ａ 薄肉部
４２，４２Ａ，４２Ｂ 赤外線導光層
４３ 溝部
４３ａ 方向変換面
１１０ 加圧装置
１１１ ベース板
１１２ ガイドポスト
１１３ 固定板
１１４ 押圧板
１１５ ばね
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power module 2 Ceramic substrate 3 Power module substrate 4 Electronic component 5 Heat sink 6,7 Metal layer 8 Solder joint layer 16 Flow path 30 Laminated body 32 Halogen lamp (infrared ray generation source)
40, 40A, 40B Pressure plate 41, 41B Carbon layer 41a Thin wall portion 42, 42A, 42B Infrared light guide layer 43 Groove portion 43a Direction changing surface 110 Pressure device 111 Base plate 112 Guide post 113 Fixing plate 114 Press plate 115 Spring

Claims (5)

セラミックス基板の両面に金属層を接合材を介して積層した積層体を、高温下で加圧することにより接合してパワーモジュール用基板を製造するための装置であって、積層体の両面に配置される加圧板と、前記積層体の側方に配置された赤外線発生源とを具備するとともに、前記加圧板には、前記積層体に接触するカーボン層に赤外線導光層が積層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装置。 An apparatus for manufacturing a power module substrate by bonding a laminate in which metal layers are laminated on both sides of a ceramic substrate via a bonding material by applying pressure at a high temperature, and is disposed on both sides of the laminate. A pressure plate and an infrared ray generation source disposed on the side of the laminate , and the pressure plate has an infrared light guide layer laminated on a carbon layer in contact with the laminate. A power module substrate manufacturing apparatus. 前記カーボン層は、前記金属層と接触して配置される部分に、その他の部分より薄い薄肉部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のパワーモジュール用基板の製造装置。   The apparatus for manufacturing a power module substrate according to claim 1, wherein the carbon layer is formed with a thin portion thinner than other portions in a portion disposed in contact with the metal layer. 前記赤外線導光層は、面方向に導光した赤外線の進行方向を厚さ方向に変換させて前記カーボン層に照射する方向変換面が設けられていることを特徴とする請求項１記載のパワーモジュール用基板の製造装置。   2. The power according to claim 1, wherein the infrared light guiding layer is provided with a direction changing surface that irradiates the carbon layer by converting a traveling direction of infrared light guided in a surface direction into a thickness direction. 3. Module substrate manufacturing equipment. 前記カーボン層は、前記金属層と接触して配置される部分に、その他の部分より薄い薄肉部が形成されており、前記赤外線導光層の方向変換面は、前記薄肉部に赤外線を照射するように設けられていることを特徴とする請求項３に記載のパワーモジュール用基板の製造装置。   The carbon layer has a thin portion formed thinner than other portions in a portion disposed in contact with the metal layer, and the direction changing surface of the infrared light guide layer irradiates the thin portion with infrared rays. The apparatus for manufacturing a power module substrate according to claim 3, wherein the power module substrate is provided as described above. 接合材を介在させてセラミックス基板と金属層とを積層した積層体と、カーボン層に赤外線導光層が積層された加圧板とを、前記カーボン層と前記金属層とを接触させて積層し、これらを厚さ方向に加圧した状態で外側方から赤外線により加熱することにより、前記セラミックス基板と前記金属層とを接合して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装置。   Laminating a laminate in which a ceramic substrate and a metal layer are laminated with a bonding material interposed therebetween, and a pressure plate in which an infrared light guide layer is laminated on a carbon layer, and laminating the carbon layer and the metal layer in contact with each other, The power module substrate is manufactured by joining the ceramic substrate and the metal layer by heating with infrared rays from the outside in a state where they are pressed in the thickness direction. manufacturing device.
JP2010219568A 2010-09-29 2010-09-29 Power module substrate manufacturing equipment Active JP5569306B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010219568A JP5569306B2 (en) 2010-09-29 2010-09-29 Power module substrate manufacturing equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010219568A JP5569306B2 (en) 2010-09-29 2010-09-29 Power module substrate manufacturing equipment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012074611A JP2012074611A (en) 2012-04-12
JP5569306B2 true JP5569306B2 (en) 2014-08-13

Family

ID=46170468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010219568A Active JP5569306B2 (en) 2010-09-29 2010-09-29 Power module substrate manufacturing equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5569306B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014003133A (en) * 2012-06-18 2014-01-09 Mitsubishi Materials Corp Manufacturing method of substrate for power module
JP6085038B2 (en) * 2013-11-25 2017-02-22 京セラ株式会社 Electronic component storage package and electronic device

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1160343A (en) * 1997-08-11 1999-03-02 Denki Kagaku Kogyo Kk Production of joined body
JP4765889B2 (en) * 2006-10-13 2011-09-07 三菱マテリアル株式会社 Power module substrate manufacturing method and power module substrate manufacturing apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012074611A (en) 2012-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102300972B1 (en) Substrate unit for power modules, and power module
JP5892281B2 (en) Power module substrate with heat sink and power module
JP6435945B2 (en) Power module board with heat sink
WO2014034245A1 (en) Power module substrate and power module
EP3166140B1 (en) Substrate unit for power modules, and power module
JP6417834B2 (en) Power module substrate with cooler and method for manufacturing power module substrate with cooler
JP2016219852A (en) Substrate with cooler for power module and method for producing the same
JP2011210822A (en) Cooling device
KR20130125321A (en) Manufacturing method for chiller
JP2008192823A (en) Manufacturing apparatus and manufacturing method for circuit board, and cushion sheet used for the manufacturing method
JP6435711B2 (en) Power module substrate with heat sink and power module
WO2017051794A1 (en) Light-emission module having cooler and production method for light-emission module having cooler
JP5640610B2 (en) Power module substrate manufacturing equipment
JP5569306B2 (en) Power module substrate manufacturing equipment
JP6357917B2 (en) Power module substrate with heat sink, method for manufacturing the same, and power module
JP5569305B2 (en) Power module substrate and method of manufacturing power module substrate
JP6028497B2 (en) Power module substrate and manufacturing method thereof
JP2019087586A (en) Method of manufacturing insulated circuit board, method of manufacturing insulated circuit board with heat sink, insulated circuit board, insulated circuit board with heat sink, and method of manufacturing laminated structure of insulated circuit board
JP2016162926A (en) Method of manufacturing joined body of ceramic substrate and aluminum plate
JP5691580B2 (en) Manufacturing apparatus and manufacturing method for power module substrate
JP6471465B2 (en) Power module board with cooler
WO2016060079A1 (en) Substrate with cooler for power modules and method for producing same
JP5900559B2 (en) Power module substrate manufacturing method
TWI617053B (en) Light emitting diode structure
TWI578566B (en) Light emitting diode structure

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130329

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140128

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20140204

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140402

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140403

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140527

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140609

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Ref document number: 5569306

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Country of ref document: JP