JP5764342B2 - 絶縁回路基板、ならびにパワーモジュール用ベースおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
絶縁板と回路板との間にSi粒子を含む残存ろう材層が存在しており、残存ろう材層の厚さが3μm以下であるとともに、残存ろう材層に含まれるSi粒子の面積率が20%以下であり、回路板に、絶縁板へのろう付面に開口しかつ溶融した後硬化したろう材を溜めるろう材溜穴が形成され、ろう材溜穴内に、絶縁板と回路板とのろう付の際に溶融した後硬化し、かつ共晶Siを含む硬化ろう材が溜まっており、硬化ろう材がろう材溜穴内の全体を満たしてはいない絶縁回路基板。
セラミックス製絶縁板、純アルミニウム製回路板、純アルミニウム製応力緩和部材および冷却器を用意し、絶縁板、回路板、応力緩和部材および冷却器を加圧しつつ加熱してろう付すること含み、回路板に、絶縁板へのろう付面に開口しかつ溶融した後硬化したろう材を溜めるろう材溜穴を複数形成しておき、回路板の全ろう材溜穴の内容積の合計をX、用いるろう材の体積をYとした場合、0.1≦X/Yという関係を満たすものとし、絶縁板と回路板、および絶縁板と応力緩和部材とのろう付に、それぞれSi7〜13質量%およびSr0.003〜0.1質量%を含むAl−Si系合金からなるろう材を使用することを特徴とするパワーモジュール用ベースの製造方法。
セラミックス製絶縁板、純アルミニウム製回路板および純アルミニウム製冷却器を用意し、絶縁板、回路板および冷却器を加圧しつつ加熱してろう付すること含み、回路板に、絶縁板へのろう付面に開口しかつ溶融した後硬化したろう材を溜めるろう材溜穴を複数形成しておき、回路板の全ろう材溜穴の内容積の合計をX、用いるろう材の体積をYとした場合、0.1≦X/Yという関係を満たすものとし、絶縁板と回路板、および絶縁板と冷却器とのろう付に、それぞれSi7〜13質量%およびSr0.003〜0.1質量%を含むAl−Si系合金からなるろう材を使用することを特徴とするパワーモジュール用ベースの製造方法。
セラミックス製絶縁板、純アルミニウム製回路板、純アルミニウム製伝熱板、応力緩和部材および冷却器を用意し、絶縁板、回路板、伝熱板、応力緩和部材および冷却器を加圧しつつ加熱してろう付すること含み、回路板および伝熱板に、それぞれ絶縁板へのろう付面に開口しかつ溶融した後硬化したろう材を溜めるろう材溜穴を複数形成しておき、回路板の全ろう材溜穴の内容積の合計をX、用いるろう材の体積をYとした場合、0.1≦X/Yという関係を満たすものとし、絶縁板と回路板、および絶縁板と伝熱板とのろう付に、それぞれSi7〜13質量%およびSr0.003〜0.1質量%を含むAl−Si系合金からなるろう材を使用することを特徴とするパワーモジュール用ベースの製造方法。
図5に示すパワーモジュール(30)におけるパワーデバイス(3)が実装されたパワーモジュール用ベース(31)は、図1に示すパワーモジュール(1)のパワーモジュール用ベース(2)から応力緩和部材(7)を除いた構成であり、絶縁板(5)が直接冷却器(8)の上面にろう付されている。冷却器(8)は、回路板(6)と同様な純アルミニウムにより形成されていることが好ましい。絶縁板(5)と冷却器(8)とのろう付は、図1に示すパワーモジュール用ベース(2)の絶縁板(5)と回路板(6)および応力緩和部材(7)のろう付に用いられるろう材と同様のろう材を用いて行われている。
図6に示すパワーモジュール(40)におけるパワーデバイス(3)が実装されたパワーモジュール用ベース(41)の絶縁回路基板(42)は、絶縁板(5)および回路板(6)の他に、絶縁板(5)の下面にろう付された方形の純アルミニウム製伝熱板(43)を備えており、伝熱板(43)の下面が応力緩和部材(7)にろう付されている。伝熱板(43)は回路板(6)と同様な純アルミニウムからなる。絶縁板(5)と伝熱板(43)とのろう付は、図1に示すパワーモジュール用ベース(2)の絶縁板(5)と回路板(6)および応力緩和部材(7)のろう付に用いられるろう材と同様のろう材を用いて行われている。
実施例1〜4
この実施例は、図6に示すパワーモジュール用ベースを製造したものである。
実施例5〜8
実施例1〜4と同様な絶縁板(5)、回路板(6)、伝熱板(43)、応力緩和部材(7)および冷却器(8)を用意した。また、表1に示す4種類のAl−Si合金ろう材で形成され、かつ厚み:30μm、縦:29mm、横:34mmのろう材箔を用意した。回路板(6)の一面には複数のろう材溜穴を形成しておいた。各ろう材溜穴の直径は3mm、深さは0.4mmであり、隣接するろう材溜穴間の距離は3mmである。また、全ろう材溜穴の内容積の合計Xと、絶縁板(5)と回路板(6)とのろう付に用いるろう材の体積をYとの比X/Yは、表1に示す通りである。ろう材箔におけるろう材溜穴と対応する部分には貫通穴を形成しておいた。
実施例9〜10
この実施例は、図1に示すパワーモジュール用ベースを製造したものである。
比較例
実施例1〜4と同様な絶縁板(5)、回路板(6)、伝熱板(43)、応力緩和部材(7)および冷却器(8)を用意した。また、表1に示すAl−Si合金ろう材で形成され、かつ厚み:30μm、縦:29mm、横:34mmのろう材箔を用意した。
実施例1〜10および比較例で製造されたパワーモジュール用ベースの絶縁回路基板(4)における絶縁板(5)と回路板(6)との間に形成された残存ろう材層の厚さを、の左右両端から3mm内側の部分、および左右方向中央部において断面観察することにより測定し、その平均値を残存ろう材層の厚さとした。また、絶縁回路基板(4)における絶縁板(5)と回路板(6)との間に形成された残存ろう材層に含まれるSi粒子の面積率を、左右両端から3mm内側の部分、および左右方向中央部において画像解析ソフトを用いて測定し、その平均値を残存ろう材層に含まれるSi粒子の面積率とした。さらに、残存ろう材層中のSi含有量を調べた。
(2)(31)(41):パワーモジュール用ベース
(3):パワーデバイス
(4)(20)(42):絶縁回路基板
(5):絶縁板
(6):回路板
(7):応力緩和部材
(8):冷却器
(9):貫通穴
(12):残存ろう材層
(13):Si拡散層
(21):ろう材溜穴
(22):硬化ろう材
(43):伝熱板
Claims (14)
- セラミック製絶縁板と、絶縁板の一面にSiを含むろう材によりろう付された純アルミニウム製回路板とを備えた絶縁回路基板であって、
絶縁板と回路板との間にSi粒子を含む残存ろう材層が存在しており、残存ろう材層の厚さが3μm以下であるとともに、残存ろう材層に含まれるSi粒子の面積率が20%以下であり、回路板に、絶縁板へのろう付面に開口しかつ溶融した後硬化したろう材を溜めるろう材溜穴が形成され、ろう材溜穴内に、絶縁板と回路板とのろう付の際に溶融した後硬化し、かつ共晶Siを含む硬化ろう材が溜まっており、硬化ろう材がろう材溜穴内の全体を満たしてはいない絶縁回路基板。 - 絶縁板における回路板がろう付された面とは反対側の面に、Siを含むろう材により純アルミニウム製伝熱板がろう付され、絶縁板と伝熱板との間にSi粒子を含む残存ろう材層が存在しており、当該残存ろう材層の厚さが3μm以下であるとともに、当該残存ろう材層に含まれるSi粒子の面積率が20%以下であり、伝熱板に、絶縁板へのろう付面に開口しかつ溶融した後硬化したろう材を溜めるろう材溜穴が形成され、ろう材溜穴内に、絶縁板と回路板とのろう付の際に溶融した後硬化し、かつ共晶Siを含む硬化ろう材が溜まっており、硬化ろう材がろう材溜穴内の全体を満たしてはいない請求項1記載の絶縁回路基板。
- 請求項1記載の絶縁回路基板の絶縁板における回路板がろう付された面とは反対側の面が、Siを含むろう材によって純アルミニウム製応力緩和部材にろう付され、応力緩和部材における絶縁板にろう付された面とは反対側の面が冷却器にろう付され、応力緩和部材と絶縁板との間にSi粒子を含む残存ろう材層が存在しており、当該残存ろう材層の厚さが3μm以下であるとともに、当該残存ろう材層に含まれるSi粒子の面積率が20%以下であるパワーモジュール用ベース。
- 請求項1記載の絶縁回路基板の絶縁板における回路板がろう付された面とは反対側の面が、Siを含むろう材によって純アルミニウム製冷却器にろう付され、冷却器と絶縁板との間にSi粒子を含む残存ろう材層が存在しており、当該残存ろう材層の厚さが3μm以下であるとともに、当該残存ろう材層に含まれるSi粒子の面積率が20%以下であるパワーモジュール用ベース。
- 請求項2記載の絶縁回路基板の伝熱板における絶縁板にろう付された面とは反対側の面がアルミニウム製応力緩和部材にろう付され、応力緩和部材における絶縁板にろう付された面とは反対側の面が冷却器にろう付されているパワーモジュール用ベース。
- 請求項3〜5のうちのいずれかに記載のパワーモジュール用ベースの絶縁回路基板の回路板における絶縁板にろう付された面とは反対側の面が、電子素子搭載部を有する配線面となされており、当該電子素子搭載部にパワーデバイスがはんだ付されているパワーモジュール。
- 請求項3記載のパワーモジュール用ベースを製造する方法であって、
セラミックス製絶縁板、純アルミニウム製回路板、純アルミニウム製応力緩和部材および冷却器を用意し、絶縁板、回路板、応力緩和部材および冷却器を加圧しつつ加熱してろう付すること含み、回路板に、絶縁板へのろう付面に開口しかつ溶融した後硬化したろう材を溜めるろう材溜穴を複数形成しておき、回路板の全ろう材溜穴の内容積の合計をX、用いるろう材の体積をYとした場合、0.1≦X/Yという関係を満たすものとし、絶縁板と回路板、および絶縁板と応力緩和部材とのろう付に、それぞれSi7〜13質量%およびSr0.003〜0.1質量%を含むAl−Si系合金からなるろう材を使用することを特徴とするパワーモジュール用ベースの製造方法。 - 絶縁板、回路板、応力緩和部材および冷却器に対する加圧力を、0.4〜3kgf/cm 2 とする請求項7記載のパワーモジュール用ベースの製造方法。
- 請求項4記載のパワーモジュール用ベースを製造する方法であって、
セラミックス製絶縁板、純アルミニウム製回路板および純アルミニウム製冷却器を用意し、絶縁板、回路板および冷却器を加圧しつつ加熱してろう付すること含み、回路板に、絶縁板へのろう付面に開口しかつ溶融した後硬化したろう材を溜めるろう材溜穴を複数形成しておき、回路板の全ろう材溜穴の内容積の合計をX、用いるろう材の体積をYとした場合、0.1≦X/Yという関係を満たすものとし、絶縁板と回路板、および絶縁板と冷却器とのろう付に、それぞれSi7〜13質量%およびSr0.003〜0.1質量%を含むAl−Si系合金からなるろう材を使用することを特徴とするパワーモジュール用ベースの製造方法。 - 絶縁板、回路板および冷却器に対する加圧力を、0.4〜3kgf/cm2とする請求項9記載のパワーモジュール用ベースの製造方法。
- 請求項5記載のパワーモジュール用ベースを製造する方法であって、
セラミックス製絶縁板、純アルミニウム製回路板、純アルミニウム製伝熱板、応力緩和部材および冷却器を用意し、絶縁板、回路板、伝熱板、応力緩和部材および冷却器を加圧しつつ加熱してろう付すること含み、回路板および伝熱板に、それぞれ絶縁板へのろう付面に開口しかつ溶融した後硬化したろう材を溜めるろう材溜穴を複数形成しておき、回路板の全ろう材溜穴の内容積の合計をX、用いるろう材の体積をYとした場合、0.1≦X/Yという関係を満たすものとし、絶縁板と回路板、および絶縁板と伝熱板とのろう付に、それぞれSi7〜13質量%およびSr0.003〜0.1質量%を含むAl−Si系合金からなるろう材を使用することを特徴とするパワーモジュール用ベースの製造方法。 - 絶縁板、回路板、伝熱板、応力緩和部材および冷却器に対する加圧力を、0.4〜3kgf/cm2とする請求項11記載のパワーモジュール用ベースの製造方法。
- Al−Si系合金からなるろう材が、さらにBi0.03〜0.2質量%を含む請求項7〜12のうちのいずれかに記載のパワーモジュール用ベースの製造方法。
- ろう付温度まで加熱してろう材を溶融させた後冷却する際に、580℃から560℃までの冷却を、冷却速度5℃/min以下で行う請求項7〜13のうちのいずれかに記載のパワーモジュール用ベースの製造方法。
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