JP5664357B2 - パワーモジュール用基板用の導体パターン部材 - Google Patents
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また、特許文献2においては、活性金属ろう材ペースト層の表面に複数の突起部を形成し、活性金属ろう材ペースト層上に突起部を介して導体パターン層(金属板)を載置し、非酸化性雰囲気中で加熱することによりセラミックス基板と導体パターン層とを接合している。活性金属ろう材ペースト層が溶融するまでの間、導体パターン層は突起部を介して配置されていることから、昇温時に導体パターン層が熱膨張したとしてもセラミックス基板上の活性金属ろう材ペーストが導体パターン層に引きずられて、その外側にはみ出すこともなく、位置精度よく接合できることが開示されている。
導体パターン層とろう材箔とを溶接して一体にしているので、後の積層工程や接合工程において導体パターン層とろう材箔とがずれることがなく、組立作業性を向上させることができる。また、導体パターン部材の外縁の少なくとも対向する二辺に沿って又は前記二辺の端部に位置するように複数の溶接部が設けられ、導体パターン層とろう材箔とが溶接されているため、ろう材箔のめくれや折れ曲がりが生じにくく、その結果、ろう材箔を積層面に全面にわたって行き渡らせることができる。これにより、セラミックス基板と導体パターン層とを強固に接合することができる。
導体パターン層とろう材箔とが、外縁で溶接されているので、確実に、ろう材箔のめくれや折れ曲がりを防止することができる。
溶接部の範囲を比較的長くすることができるので、確実に導体パターン層とろう材箔とを接合することができる。
角部を溶接しておくことで、局所的に点在する溶接部とした場合でも、確実にろう材箔のめくれや折れ曲がりを防止することができる。
図5は、この発明により製造されるパワーモジュール用基板用の導体パターン部材を用いて製造されるパワーモジュール1を示している。このパワーモジュール1は、セラミックス等からなるセラミックス基板2を有するパワーモジュール用基板3と、この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に接合されたヒートシンク5とから構成される。
また、図3の符号140,150,160,170はそれぞれ、コイル状に巻かれた基材を供給する基材の供給装置140、供給された基材60を洗浄する洗浄装置150、基材60を平滑化するレベラ160、ろう材箔90を供給するろう材箔の供給装置170を示している。
具体的には、基材60の走行方向に延びるボールねじ軸25aに、一対のスライドユニット25bが移動可能に取り付けられ、各スライドユニット25bにボールねじ軸25aと直交する方向(基材60の幅方向)に延びるボールねじ軸24aが取り付けられ、これらボールねじ軸24aにそれぞれスライドユニット24bが移動可能に取り付けられている。
各ボールねじ軸24a,25aの一端は、それぞれが個別の移動用モータ(図示略)と連結されており、各移動用モータを回転させるとボールねじ軸24a,25aが回転し、それに伴いスライドユニット24b,25bがボールねじ軸24a,25aの軸方向に移動するようになっている。
なお、ボールねじ軸25aは、雄ねじ部が中央部を境にして左右逆ねじに形成され、左ねじ部a1と右ねじ部a2とにより構成されている。ボールねじ軸25aの両側に設けられるスライドユニット25bが、それぞれボールねじ軸25aの雄ねじ部a1,a2に案内されて、左右対称に移動する構成とされている。
各スライドユニット24bには振動器22が取り付けられており、両振動器22にはそれぞれ円盤状のホーン21が連結され、これらホーン21が走行方向に直交する方向に平行に配置されており、ホーン21をステージ23の上で基材60上のろう材箔90に接触させた状態でスライドユニット24bによって移動することで、一度に二本の線状の溶接部12を基材60及びろう材箔90の幅方向に沿って形成することができる。
パイロット孔13は、幅方向に沿う溶接部12の少なくとも一部と重なるように、溶接部12の端部に形成される。また、打ち抜きパンチ131は、後述するように、溶接部12が外形線の一部と重なるように、基材60とろう材箔90とを一体に打ち抜く構成とされている。
この際、振動器22によりホーン21を超音波振動させるとともに、ホーン21を回転させながら、基材60の幅方向一端部から他端部にかけて移動することで、図2に示すような線状の溶接部12が走行方向(矢印A)に間隔をおいて一度に二本形成される。なお、これら溶接部12の接合幅は、0.5〜1.0mm程度とされている。そして、溶接が終了したら、ステージ23を下降させ、基材60とろう材箔90とを再び所定距離、走行させる。
このように、重ねられた状態の基材60及びろう材箔90は、送り装置110により、間欠的に走行と停止を繰り返し、基材60とろう材箔90とは断続的に溶接される。
基材60とろう材箔90とは、その溶接部12で接合された状態で打ち抜かれる。前述したように、一対のホーン21の間隔が、導体パターン層の外形線11うち、基材60の幅方向に沿う外形線11の間隔に合わせられているため、図1に示すように、その幅方向の外形線11に沿った外縁が溶接されたままの導体パターン部材10が形成される。
上述のようにパターン形成工程で形成された導体パターン部材10からなる導体パターン層6及び放熱層7は、セラミックス基板2にろう材箔90を介設させて積層する積層工程、ろう接する接合工程を経てセラミックス基板2と接合される。
具体的には、セラミックス基板2の表面及び裏面に導体パターン部材10を厚さ15μmのろう材箔90を介して積層した積層体と、クッション性及び耐熱性を有するカーボン及びグラファイトの薄膜からなるシートとを、その積層方向に交互に重ねて加圧手段の間に積層し、これらを厚さ方向(積層方向)に荷重50〜500kPaで加圧した状態で真空炉に装入する。そして、この加圧状態で600〜650℃に加熱することにより、セラミックス基板2と導体パターン層6、放熱層7とをろう接し、パワーモジュール用基板3を製造する。
この場合、導体パターン部材10は、その外形の対向する両端部(外縁)が溶接されている。そのため、後の積層工程や接合工程において導体パターン層6及び放熱層7とろう材箔9とがずれることがなく、組立作業性を向上させることができる。
また、溶接部15は、外形線11の角部の尖端を含んで形成するのが好適であるが、図8(a)に示す導体パターン部材30のように、尖端からの距離L1が小さければ、ろう材箔のめくれ等が生じにくいので、導体パターン部材30の溶接部16ように、尖端から離れて形成されるものであってもよい。また、図8(b)に示す導体パターン部材40のように、線状の溶接部17を設ける場合も、外形からの距離L2が小さければ、外形に沿った端部(外縁)を溶接していなくても、ろう材箔のめくれ等が生じにくい。そのため、導体パターン部材40の溶接部17のように、外縁から離れて形成されるものであってもよい。
その他の構成は、第1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。
例えば、基材とろう材箔との溶接部は、上述実施形態にように、導体パターン外形線上だけではなく、外形線上の溶接部に加えて、その他の部分(例えば中央部)にも設ける構成としてもよい。
また、基材とろう材箔との溶接は超音波溶接に限られず、レーザ溶接等により溶接することも可能である。
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 導体パターン層
7 放熱層
8 はんだ層
9 ろう材箔
10,30,40 導体パターン部材
11 導体パターン層の外形線
12,14,15,16,17 溶接部
13 パイロット孔
21 ホーン
22 振動器
23 ステージ
24a,25a ボールねじ軸
24b,25b スライドユニット
26 ワーク押さえ
60 基材(帯状)
90 ろう材箔(帯状)
100 ろう材箔の接合装置
110 送り装置
120 超音波溶接機
130 プレス加工機
131 打ち抜きパンチ
140,170 供給装置
150 洗浄装置
160 レベラ
Claims (5)
- 導体パターン層の外形線に沿って一体に打ち抜かれた該導体パターン層とろう材箔とからなる導体パターン部材であって、
前記導体パターン層と前記ろう材箔とを積層状態に仮固定してなり、前記導体パターン層の表面に前記ろう材箔を溶接することにより形成された溶接部が、前記導体パターン層の外縁の少なくとも対向する二辺に沿って又は前記二辺の端部に位置するように複数設けられていることを特徴とするパワーモジュール用基板用の導体パターン部材。 - 前記溶接部は、前記導体パターン層の外縁の対向する二辺に重なるように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用の導体パターン部材。
- 前記溶接部は、前記二辺に沿う線状に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のパワーモジュール用基板用の導体パターン部材。
- 前記溶接部は、前記導体パターン層の外縁の少なくとも角部に重なるように形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のパワーモジュール用基板用の導体パターン部材。
- セラミックス基板の少なくとも一方の面に導体パターン層が形成されたパワーモジュール用基板の製造方法であって、請求項1から4のいずれか一項に記載の導体パターン部材とセラミックス基板とを積層する積層工程と、前記導体パターン部材と前記セラミックス基板とを加圧した状態で加熱することによりろう接する接合工程とを有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。
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