JP6060739B2

JP6060739B2 - Power module substrate manufacturing method

Info

Publication number: JP6060739B2
Application number: JP2013043339A
Authority: JP
Inventors: 仁人西川
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2033-03-05
Also published as: JP2014168811A

Description

本発明は、銅金属板とセラミックス基板とを接合するために使用されるろう付用シート構成体を用いたパワーモジュール用基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a power module substrate with filtrate cormorants with sheet structure that is used to bond the copper metal plate and the ceramic substrate.

パワーモジュール用基板として、絶縁層となるセラミックス基板の一方の面に、半導体チップ等の電子部品が接合されて回路層となる銅又は銅合金からなる銅金属板が積層された構成のものが知られている。そして、この種のパワーモジュール用基板において、銅金属板とセラミックス基板との接合は、活性金属ろう材を用いたろう付け法により行うことができる。 As a power module substrate, one having a structure in which a copper metal plate made of copper or a copper alloy, which is a circuit layer, is bonded to one surface of a ceramic substrate serving as an insulating layer by bonding an electronic component such as a semiconductor chip is known. It has been. In this type of power module substrate, the copper metal plate and the ceramic substrate can be joined by a brazing method using an active metal brazing material.

例えば、特許文献１に記載されているように、セラミックスに対して活性金属であるＴｉを含むろう材（Ａｇ‐Ｃｕ‐Ｔｉ系）を、銅金属板とセラミックス基板との間に配置し、これらの積層体を加圧した状態のまま真空中で加熱することにより、ろう材中の活性金属であるＴｉによりセラミックス基板の表面にＴｉの窒化物等を形成し、Ａｇ‐Ｃｕ共晶層を介して銅金属板とセラミックス基板とを接合することができる。そして、このろう材は、ペーストや箔の形態で用いられる。 For example, as described in Patent Document 1, a brazing material (Ag—Cu—Ti system) containing Ti, which is an active metal for ceramics, is disposed between a copper metal plate and a ceramic substrate. By heating in a vacuum while the laminated body is pressed, a Ti nitride or the like is formed on the surface of the ceramic substrate by the active metal Ti in the brazing material, and the Ag-Cu eutectic layer is interposed. Thus, the copper metal plate and the ceramic substrate can be joined. And this brazing material is used with the form of paste and foil.

特開２００８‐２４５６１号公報JP 2008-24561 A

しかし、ろう材箔を用いる場合は、ろう材箔の厚みを薄くすると取り扱い性が悪くなることから、一定の厚みを確保する必要がある。このため、Ａｇ‐Ｃｕ共晶層が厚く形成される。
そして、Ａｇ‐Ｃｕ共晶層は非常に硬いことから、銅板とセラミックス基板との接合部に、銅金属板とセラミックス基板との熱膨張係数の差に起因するせん断応力が作用したときに、厚く形成されたＡｇ‐Ｃｕ共晶層及び銅金属板の変形が抑制され、セラミックス基板に割れ等が発生し、ヒートサイクル性が低下することが問題であった。
また、ろう材ペーストを用いる場合においても、銅金属板又はセラミックス基板にろう材ペーストを均一に塗布するためには一定の厚みを確保する必要があり、Ａｇ‐Ｃｕ共晶層が厚く形成され、ろう材箔の場合と同様の問題が生じる。 However, when brazing material foil is used, if the brazing material foil is thinned, the handleability deteriorates. Therefore, it is necessary to ensure a certain thickness. For this reason, the Ag—Cu eutectic layer is formed thick.
And since the Ag-Cu eutectic layer is very hard, it is thick when shear stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the copper metal plate and the ceramic substrate acts on the joint between the copper plate and the ceramic substrate. The deformation of the formed Ag—Cu eutectic layer and the copper metal plate is suppressed, cracking or the like occurs in the ceramic substrate, and the heat cycle property is deteriorated.
In addition, even when using a brazing paste, it is necessary to ensure a certain thickness in order to uniformly apply the brazing paste to a copper metal plate or ceramic substrate, the Ag-Cu eutectic layer is formed thick, Problems similar to those in the case of brazing foil occur.

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、取り扱い性を阻害することなくＡｇ‐Ｃｕ共晶層の厚みを薄く形成でき、セラミックス基板に生じる割れを抑制することができるとともに、銅金属板とセラミックス基板とを確実に接合することができるパワーモジュール用基板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and can reduce the thickness of the Ag-Cu eutectic layer without impairing the handleability, and can suppress cracks generated in the ceramic substrate. , and to provide a method of manufacturing a substrate for power module that can reliably bond the copper metal plate and the ceramic substrate.

本発明のパワーモジュール用基板の製造方法に好適に用いてなる銅又は銅合金からなる銅金属板とセラミックス基板との接合に用いるろう付用シートは、Ａｇ、活性金属及び樹脂を含有してなるろう材層を有し、単位面積当たりのＡｇ及び活性金属の含有量は、Ａｇが１ｍｇ／ｃｍ^２以上１５ｍｇ／ｃｍ^２以下とされ、活性金属が０．５ｍｇ／ｃｍ^２以上６ｍｇ／ｃｍ^２以下とされる。 Sheet for brazing used for bonding the copper metal plate and the ceramics substrate made of copper or a copper alloy comprising preferably used in the method for manufacturing a power module substrate of the present invention comprises the Ag, active metal and resin It has a brazing filler metal layer, and the content of Ag and active metal per unit area is such that Ag is 1 mg / cm ² or more and 15 mg / cm ² or less, and active metal is 0.5 mg / cm ² or more and 6 mg / cm ² or less. Ru is a.

ろう付用シートにはＡｇ及び活性金属が含まれていることから、銅金属板とセラミックス基板との間に配置して加熱した際に、セラミックス中の窒素や酸素、炭素と活性金属とが反応してセラミックス基板の表面に窒化物又は酸化物の層を形成することができるとともに、Ａｇ成分が銅金属板側に拡散することにより、ＣｕとＡｇとの反応による溶融金属領域が形成され、この溶融金属領域が凝固することで、銅金属板とセラミックス基板とが接合される。
この場合、Ａｇの単位当たりの含有量が１ｍｇ／ｃｍ^２以上１５ｍｇ／ｃｍ^２以下とされ、活性金属の単位当たりの含有量が０．５ｍｇ／ｃｍ^２以上６ｍｇ／ｃｍ^２以下とされていることから、活性金属によるセラミックス基板表面の窒化物又は酸化物の層と、ＡｇとＣｕとの共晶組織とを、確実に形成でき、銅金属板とセラミックス基板とを接合することができる。このように、窒化物又は酸化物の層を介してセラミックス基板と銅金属板とを接合することができるので、セラミックス基板と銅金属板との接合強度の向上を図ることができる。 Since the brazing sheet contains Ag and active metal, nitrogen, oxygen and carbon in the ceramic react with the active metal when placed and heated between the copper metal plate and the ceramic substrate. Thus, a nitride or oxide layer can be formed on the surface of the ceramic substrate, and a molten metal region is formed by the reaction of Cu and Ag by the diffusion of the Ag component to the copper metal plate side. As the molten metal region solidifies, the copper metal plate and the ceramic substrate are joined.
In this case, the content per unit of Ag is 1 mg / cm ² or more and 15 mg / cm ² or less, and the content per unit of active metal is 0.5 mg / cm ² or more and 6 mg / cm ² or less. Thus, the nitride or oxide layer on the surface of the ceramic substrate by the active metal and the eutectic structure of Ag and Cu can be reliably formed, and the copper metal plate and the ceramic substrate can be joined. Thus, since the ceramic substrate and the copper metal plate can be bonded via the nitride or oxide layer, the bonding strength between the ceramic substrate and the copper metal plate can be improved.

そして、これらＡｇ及び活性金属に樹脂を混合してろう付用シートを形成することで、一定の厚みを確保しながらもＡｇ及び活性金属の配合比率を低くしたろう付用シートを形成することができる。これにより、ろう付用シートの取り扱い性を阻害することなく、銅金属板とセラミックス基板との間に介在する単位面積当たりのＡｇ及び活性金属の含有量を低減させることができる。
したがって、銅金属板とセラミックス基板との接合部において、溶融金属領域が必要以上に形成されることがなく、接合後（凝固後）に形成されるＡｇ‐Ｃｕ共晶層の厚みを薄くすることができ、ヒートサイクル時に生じるセラミックス基板の割れの発生を抑制することができる。 Then, by forming a brazing sheet by mixing these Ag and active metal with a resin, it is possible to form a brazing sheet with a low blending ratio of Ag and active metal while ensuring a certain thickness. it can. Thereby, the content of Ag and active metal per unit area interposed between the copper metal plate and the ceramic substrate can be reduced without impairing the handleability of the brazing sheet.
Therefore, the molten metal region is not formed more than necessary at the joint between the copper metal plate and the ceramic substrate, and the thickness of the Ag-Cu eutectic layer formed after joining (after solidification) is reduced. It is possible to suppress the occurrence of cracks in the ceramic substrate that occur during the heat cycle.

なお、乾燥して溶剤を除去し、ろう付用シートとした際に金属粉末が６０質量％以上、８０質量％以下であることが好ましい。６０質量％未満では金属粉末の含有率が少なく、金属粒子間の距離が開くため、金属元素の拡散が十分に進行せず接合性が悪化するおそれがある。また、８０質量％を超えると樹脂の含有率が少なくなり、シートとして取り扱える強度を保持できなくなるおそれがある。
また、活性金属の含有量が０．５ｍｇ／ｃｍ^２未満では、窒化物又は酸化物の層を確実に形成することができず、セラミックス基板と銅金属板との接合強度が低下するおそれがある。また、活性金属の含有量が６ｍｇ／ｃｍ^２を超えると、銅金属板へ拡散するＡｇ量が十分に確保できず、セラミックス基板と銅金属板とを接合できなくなるおそれがある。 In addition, when drying and removing a solvent and setting it as the sheet | seat for brazing, it is preferable that metal powder is 60 mass% or more and 80 mass% or less. If it is less than 60% by mass, the content of the metal powder is small and the distance between the metal particles increases, so that the diffusion of the metal element does not proceed sufficiently and the bonding property may deteriorate. On the other hand, if it exceeds 80% by mass, the resin content decreases, and there is a possibility that the strength that can be handled as a sheet cannot be maintained.
Further, when the content of the active metal is less than 0.5 mg / cm ² , the nitride or oxide layer cannot be formed reliably, and the bonding strength between the ceramic substrate and the copper metal plate may be reduced. . On the other hand, if the content of the active metal exceeds 6 mg / cm ² , the amount of Ag diffusing into the copper metal plate cannot be sufficiently secured, and the ceramic substrate and the copper metal plate may not be bonded.

なお、ろう付用シートに含まれる樹脂は、ろう付け時に熱分解されるため、銅金属板とセラミックス基板との接合に影響しない。また、ろう付用シートに含まれるＡｇ及び活性金属は、Ａｇ粉末と活性金属の粉末とを混合したものであってもよいし、Ａｇと活性金属との合金粉末であってもよいし、それらを混合したものであってもよい。 In addition, since the resin contained in the brazing sheet is thermally decomposed during brazing, it does not affect the bonding between the copper metal plate and the ceramic substrate. Further, Ag and active metal contained in the brazing sheet may be a mixture of Ag powder and active metal powder, or may be an alloy powder of Ag and active metal. May be mixed.

本発明に用いるろう付用シートにおいて、前記活性金属は、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂから選択される１種又は２種以上の元素であることが好ましい。
Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂといった元素は、窒化物や酸化物を形成しやすい元素であり、セラミックス基板の表面に窒化物又は酸化物の層を確実に形成することができる。よって、セラミックス基板と窒化物又は酸化物の層とが強固に結合することになり、セラミックス基板と銅金属板とを確実に接合することができる。 In the brazing sheet used in the present invention , the active metal is preferably one or more elements selected from Ti, Hf, Zr, and Nb.
Elements such as Ti, Hf, Zr, and Nb are elements that easily form nitrides and oxides, and a nitride or oxide layer can be reliably formed on the surface of the ceramic substrate. Therefore, the ceramic substrate and the nitride or oxide layer are firmly bonded, and the ceramic substrate and the copper metal plate can be reliably bonded.

本発明に用いるろう付用シートにおいて、前記ろう材層にＣｕが含まれており、前記Ａｇと前記Ｃｕとの配合比率は、Ａｇが１００重量部に対し、Ｃｕが１を超え１００以下の重量部とされているとよい。
この場合、ろう材層にＣｕを含有しているので、Ａｇ‐Ｃｕ共晶組織を形成し易くなる。 In the brazing sheet used in the present invention , Cu is contained in the brazing material layer, and the mixing ratio of the Ag and the Cu is a weight of Cu exceeding 1 and 100 or less with respect to 100 parts by weight of Ag. It is good to be a part.
In this case, since the brazing material layer contains Cu, an Ag—Cu eutectic structure is easily formed.

本発明に用いるろう付用シートにおいて、前記ろう材層の一方の面に、樹脂層が積層されているとよい。
ろう材層の上に樹脂層を重ねた二層構造のろう付用シートを形成することで、銅金属板もしくはセラミックス基板に熱圧着して仮止めすることが可能となり、接合時に位置ずれを起こし難くなる。 In the brazing sheet used in the present invention, a resin layer may be laminated on one surface of the brazing material layer.
By forming a two-layer brazing sheet with a resin layer on top of a brazing material layer, it becomes possible to temporarily fix it to a copper metal plate or ceramic substrate by thermocompression bonding. It becomes difficult.

本発明に用いる樹脂層を重ねた二層構造のろう付用シートにおいて、前記ろう材層の厚みと前記樹脂層の厚みとを合計した総厚みが、３００μｍ以下であるとよい。
ろう材層と樹脂層との総厚みが３００μｍを超えると、樹脂の分解により発生する炭素残渣の量が多くなり、溶融金属領域とセラミックス基板の反応を阻害して初期接合率が低下するおそれがある。 In the brazing sheet having a two-layer structure in which the resin layers used in the present invention are stacked, the total thickness of the thickness of the brazing material layer and the thickness of the resin layer is preferably 300 μm or less.
If the total thickness of the brazing filler metal layer and the resin layer exceeds 300 μm, the amount of carbon residue generated by the decomposition of the resin increases, which may hinder the reaction between the molten metal region and the ceramic substrate and reduce the initial bonding rate. is there.

本発明に用いるろう付用シート構成体は、前記ろう付用シートの一方の面に前記ろう材層と接触するように支持基材を積層してなる。
ろう付用シートを支持基材上に重ねてろう付用シート構成体を形成しておくことで、ろう付用シートの取り扱い性が向上するので、ろう付用シートを銅金属板の所望の位置に容易に積層することができる。
また、銅金属板を、ろう付用シートと支持基材とを積層した状態で回路パターン形状に加工することもできるので、ろう付用シートを容易に回路パターン形状に形成でき、ろう付けに必要なＡｇ量及び活性金属量を銅金属板とセラミックス基板との間に介在させることができ、確実に接合することができる。 Brazing sheet structure for use in the present invention, ing by laminating a supporting substrate in contact with the brazing material layer on one surface of the sheet with said brazing.
Since the brazing sheet structure is formed by stacking the brazing sheet on the support base material, the brazing sheet can be easily handled. Can be easily laminated.
Also, the copper metal plate can be processed into a circuit pattern shape with the brazing sheet and support substrate laminated, so the brazing sheet can be easily formed into a circuit pattern shape and is necessary for brazing Therefore, it is possible to intervene between the copper metal plate and the ceramic substrate so that the Ag amount and the active metal amount can be reliably bonded.

本発明は、銅又は銅合金からなる銅金属板とセラミックス基板とを接合するパワーモジュール用基板の製造方法であって、Ａｇ、活性金属及び樹脂を含有してなるろう材層を有し、単位面積当たりのＡｇ及び活性金属の含有量は、Ａｇが１ｍｇ／ｃｍ ^２以上１５ｍｇ／ｃｍ ^２以下とされ、活性金属が０．５ｍｇ／ｃｍ ^２以上６ｍｇ／ｃｍ ^２以下とされるろう付用シートの一方の面に、前記ろう材層と接触するように支持基材を積層してなるシート構成体を用意し、前記銅金属板に前記ろう付用シート構成体の前記支持基材とは反対側の表面を接触させて加熱圧着することにより前記銅金属板と前記ろう付用シート構成体とが積層された金属板積層体を形成する金属板積層工程と、前記金属板積層体を前記支持基材ごと回路パターン形状に打抜き加工する打抜工程と、打抜き加工後の前記金属板積層体から前記支持基材を剥がして前記ろう材層を露出させ、該ろう材層を前記セラミックス基板に接触させ、これらの積層方向に０．０１〜０．３５ＭＰａの圧力で加圧した状態で加熱することにより前記銅金属板と前記セラミックス基板との界面に溶融金属領域を形成し、該溶融金属領域を凝固させることにより前記銅金属板と前記セラミックス基板とをろう付けして、前記銅金属板と前記セラミックス基板との接合部に厚み１５μｍ以下のＡｇ‐Ｃｕ共晶層を形成する接合工程とを備えることを特徴とする。
銅金属板にろう付用シート構成体を接合した後に、回路パターン形状に打抜き加工することで、銅金属板のセラミックス基板との接合面全域にろう付用シートが貼り付けられた状態とされ、銅金属板とセラミックス基板とのろう付けに必要な金属粉末量を確実に銅金属板とセラミックス基板との間に介在させることができる。 The present invention relates to a method for manufacturing a power module substrate for bonding a copper metal plate made of copper or a copper alloy and a ceramic substrate, comprising a brazing material layer containing Ag, an active metal and a resin, and a unit The content of Ag and active metal per area of the brazing sheet is such that Ag is 1 mg / cm ² or more and 15 mg / cm ² or less, and the active metal is 0.5 mg / cm ² or more and 6 mg / cm ² or less. On one side, a sheet structure is prepared by laminating a support base material so as to be in contact with the brazing material layer, and the brazing sheet structure is opposite to the support base material on the copper metal plate. A metal plate laminating step for forming a metal plate laminate in which the copper metal plate and the brazing sheet structure are laminated by bringing the surface of the metal plate into contact with each other and thermocompression bonding; and Circuit pattern shape for each material A punching step of punching, by peeling the supporting substrate from the metal plate laminate after punching to expose the brazing material layer, the brazing material layer is brought into contact with the ceramic substrate, these stacking direction The copper metal is heated at a pressure of 0.01 to 0.35 MPa to form a molten metal region at the interface between the copper metal plate and the ceramic substrate, and the molten metal region is solidified to form the copper metal. And a bonding step of brazing the plate and the ceramic substrate to form an Ag—Cu eutectic layer having a thickness of 15 μm or less at a bonding portion between the copper metal plate and the ceramic substrate .
After joining the brazing sheet structure to the copper metal plate, by punching into a circuit pattern shape, the brazing sheet is attached to the entire joining surface with the ceramic substrate of the copper metal plate, The amount of metal powder necessary for brazing the copper metal plate and the ceramic substrate can be reliably interposed between the copper metal plate and the ceramic substrate.

本発明は、銅又は銅合金からなる銅金属板とセラミックス基板とを接合するパワーモジュール用基板の製造方法であって、Ａｇ、活性金属及び樹脂を含有してなるろう材層を有し、単位面積当たりのＡｇ及び活性金属の含有量は、Ａｇが１ｍｇ／ｃｍ ^２以上１５ｍｇ／ｃｍ ^２以下とされ、活性金属が０．５ｍｇ／ｃｍ ^２以上６ｍｇ／ｃｍ ^２以下とされるろう付用シートの一方の面に、前記ろう材層と接触するように支持基材を積層してなるシート構成体を用意し、前記ろう付用シート構成体を回路パターン形状に打抜き加工する打抜工程と、打抜き加工後の前記ろう付用シート構成体の前記支持基材とは反対側の表面を予め回路パターン形状に形成された前記銅金属板に接触させて加熱圧着することにより、前記銅金属板と前記ろう付用シート構成体とが積層された金属板構積層体を形成する金属板積層工程と、前記金属板積層体から前記支持基材を剥がして前記ろう材層を露出させ、該ろう材層を前記セラミックス基板に接触させ、これらの積層方向に０．０１〜０．３５ＭＰａの圧力で加圧した状態で加熱することにより前記銅金属板と前記セラミックス基板との界面に溶融金属領域を形成し、該溶融金属領域を凝固させることにより前記銅金属板と前記セラミックス基板とをろう付けして、前記銅金属板と前記セラミックス基板との接合部に厚み１５μｍ以下のＡｇ‐Ｃｕ共晶層を形成する接合工程とを備えることを特徴とする。
ろう付用シート構成体の状態で回路パターン形状に形成することで、ろう付用シートを容易に回路パターン形状に形成することができるとともに、加工後のろう付用シートは支持基材に積層された状態で取り扱うことができるので、ろう付用シートを銅金属板の所望の位置に容易に積層することができる。したがって、銅金属板とセラミックス基板とのろう付けに必要な金属粉末量を確実に銅金属板とセラミックス基板との間に介在させることができる。 The present invention relates to a method for manufacturing a power module substrate for bonding a copper metal plate made of copper or a copper alloy and a ceramic substrate, comprising a brazing material layer containing Ag, an active metal and a resin, and a unit The content of Ag and active metal per area of the brazing sheet is such that Ag is 1 mg / cm ² or more and 15 mg / cm ² or less, and the active metal is 0.5 mg / cm ² or more and 6 mg / cm ² or less. On one surface, a sheet structure formed by laminating a support base material so as to be in contact with the brazing material layer is prepared, and a punching process for punching the sheet structure for brazing into a circuit pattern shape, and punching By contacting the surface of the brazing sheet structure after processing that is opposite to the support base with the copper metal plate that has been previously formed into a circuit pattern shape, and thermocompression bonding, the copper metal plate and the For brazing A metal plate laminating step for forming a metal plate structure laminate in which a sheet structure is laminated, and peeling off the support base material from the metal plate laminate to expose the brazing material layer. A molten metal region is formed at the interface between the copper metal plate and the ceramic substrate by being brought into contact with the ceramic substrate and heating in a state of being pressurized at a pressure of 0.01 to 0.35 MPa in these lamination directions, Joining by brazing the copper metal plate and the ceramic substrate by solidifying the molten metal region to form an Ag-Cu eutectic layer having a thickness of 15 μm or less at the joint between the copper metal plate and the ceramic substrate And a process.
By forming the circuit pattern shape in the state of the brazing sheet structure, the brazing sheet can be easily formed into a circuit pattern shape, and the brazed sheet after processing is laminated on the support substrate. Therefore, the brazing sheet can be easily laminated at a desired position on the copper metal plate. Therefore, the amount of metal powder necessary for brazing the copper metal plate and the ceramic substrate can be reliably interposed between the copper metal plate and the ceramic substrate.

本発明によれば、取り扱い性を阻害することなくＡｇ‐Ｃｕ共晶層の厚みを薄く形成でき、セラミックス基板に生じる割れを抑制することができるとともに、銅金属板とセラミックス基板とを確実に接合することができる。 According to the present invention, the thickness of the Ag-Cu eutectic layer can be reduced without hindering the handleability, cracks occurring in the ceramic substrate can be suppressed, and the copper metal plate and the ceramic substrate can be reliably bonded. can do.

本発明の第１実施形態のろう付用シートを積層したろう付用シート構成体を説明する概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing explaining the sheet | seat structure body for brazing which laminated | stacked the sheet | seat for brazing of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態のろう付用シートを積層したろう付用シート構成体を説明する概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing explaining the brazing sheet structure which laminated | stacked the brazing sheet of 2nd Embodiment of this invention. 本発明のろう付用シートを用いて製造されたヒートシンク付パワーモジュール用基板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 manufactured using the sheet | seat for brazing of this invention. 図３における回路層とセラミックス基板との接合界面の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the joining interface of the circuit layer in FIG. 3, and a ceramic substrate. ろう付用シート構成体を用いたパワーモジュール用基板の製造方法の第１実施形態を説明する要部断面図である。It is principal part sectional drawing explaining 1st Embodiment of the manufacturing method of the board | substrate for power modules using the sheet | seat structure for brazing. ろう付用シート構成体を用いたパワーモジュール用基板の製造方法の第２実施形態を説明する要部断面図である。It is principal part sectional drawing explaining 2nd Embodiment of the manufacturing method of the board | substrate for power modules using the sheet | seat structure for brazing. 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用基板の製造方法を説明する概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing explaining the manufacturing method of the board | substrate for power modules with a heat sink using the board | substrate for power modules.

以下、本発明に係るろう付用シート、ろう付用シート構成体及びパワーモジュール用基板の製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
第１実施形態のろう付用シート１ａは、例えば図３に示すようなパワーモジュール用基板９を構成する銅又は銅合金からなる銅金属板２（回路層２ａ）とセラミックス基板３との接合に用いるものであり、図１に示すように、Ａｇ、活性金属及び樹脂を含有してなるろう材層１１を有するものである。
また、ろう付用シート１ａの単位面積当たりのＡｇ及び活性金属の含有量は、Ａｇが１ｍｇ／ｃｍ^２以上１５ｍｇ／ｃｍ^２以下とされ、活性金属が０．５ｍｇ／ｃｍ^２以上６ｍｇ／ｃｍ^２以下とされている。 Hereinafter, embodiments of a method for manufacturing a brazing sheet, a brazing sheet structure, and a power module substrate according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The brazing sheet 1a according to the first embodiment is used for bonding a copper metal plate 2 (circuit layer 2a) made of copper or a copper alloy constituting a power module substrate 9 as shown in FIG. As shown in FIG. 1, it has a brazing material layer 11 containing Ag, an active metal, and a resin.
The content of Ag and active metal per unit area of the brazing sheet 1a is such that Ag is 1 mg / cm ² or more and 15 mg / cm ² or less, and the active metal is 0.5 mg / cm ² or more and 6 mg / cm ^2. It is as follows.

そして、活性金属は、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂから選択される１種又は２種以上の元素であることが好ましく、本実施形態のろう付用シート１ａでは、活性金属としてＴｉを含有している。
Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂといった元素は、窒化物や酸化物を形成しやすい元素であり、銅金属板２とセラミックス基板３との接合時に、セラミックス基板３の表面に窒化物又は酸化物の層を確実に形成することができる。
また、活性金属としてはＴｉＨ_２、ＺｒＨ_２等の活性金属元素の水素化物を使用することができる。この場合、活性金属元素の水素化物の水素が還元剤として作用するので、銅金属板２とセラミックス基板３との接合時に、銅金属板２の表面に形成された酸化膜等を除去でき、Ａｇの拡散及び窒化物又は酸化物の層の形成を確実に行うことができる。 The active metal is preferably one or more elements selected from Ti, Hf, Zr, and Nb. In the brazing sheet 1a of the present embodiment, Ti is contained as the active metal. Yes.
Elements such as Ti, Hf, Zr, and Nb are elements that easily form nitrides and oxides, and a nitride or oxide layer is formed on the surface of the ceramic substrate 3 when the copper metal plate 2 and the ceramic substrate 3 are joined. Can be reliably formed.
As the active metal, hydrides of active metal elements such as TiH ₂ and ZrH ₂ can be used. In this case, since the hydrogen of the hydride of the active metal element acts as a reducing agent, the oxide film or the like formed on the surface of the copper metal plate 2 can be removed when the copper metal plate 2 and the ceramic substrate 3 are joined. And the formation of a nitride or oxide layer can be ensured.

また、ろう付用シートには、Ａｇ粉末と活性金属の粉末とを混合したものを使用することもできるし、Ａｇと活性金属との合金粉末を使用することもできるし、それらを混合した粉末を使用することもできる。本実施形態においては、Ａｇ及びＴｉ（活性金属）を含む金属粉末として、ＡｇとＴｉとの合金粉末を使用することとしており、この合金粉末は、例えば、アトマイズ法によって作製することができる。 In addition, the brazing sheet may be a mixture of Ag powder and active metal powder, or may be an alloy powder of Ag and active metal, or a powder obtained by mixing them. Can also be used. In the present embodiment, an alloy powder of Ag and Ti is used as the metal powder containing Ag and Ti (active metal), and the alloy powder can be produced by, for example, an atomizing method.

樹脂は、銅金属板２とセラミックス基板３との接合時の昇温過程において熱分解され、完全に除去されるものが好ましく、例えば、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、セルロース系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂などが好適に用いられる。
ポリ（メタ）アクリル系樹脂の例としては、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、ｔ−ブチル（メタ）アクリレート、ペンチル（メタ）アクリレ−ト、アミル（メタ）アクリレート、イソアミル（メタ）アクリレート、ヘキシル（メタ）アクリレート、ヘプチル（メタ）アクリレート、オクチル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレートなどのアルキル（メタ）アクリレート、メトキシエチレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシジエチレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、メトキシプロピレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシジプロピレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレートなどの（ポリ）オキシアルキレン（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、３−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、４−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、２-メタクリロイルオキシエチルサクシネート、フェニルグリシジルエーテル（メタ）アクリレート、エチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、プロピレングリコールモノ（メタ）アクリレートなどに代表される（メタ）アクリル酸エステル系モノマーから選ばれる１種以上のモノマーを重合して得られる樹脂が挙げられる。
セルロース系樹脂としては、酢酸セルロース、及び酪酸セルロースなどのセルロースエステル、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどが挙げられる。
ポリビニルアセタール系樹脂としては、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラールなどが挙げられる。 The resin is preferably one that is thermally decomposed and completely removed in the temperature rising process when the copper metal plate 2 and the ceramic substrate 3 are joined. For example, poly (meth) acrylic resin, cellulose resin, polyvinyl acetal type Resins are preferably used.
Examples of poly (meth) acrylic resins include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate, pentyl (meth) acrylate, and amyl (meth). Acrylate, isoamyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, heptyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, isooctyl (meth) acrylate, ethylhexyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, etc. Alkyl (meth) acrylate, methoxyethylene glycol (meth) acrylate, methoxydiethylene glycol (meth) acrylate, methoxypolyethylene glycol (meth) acrylate, ethylene glycol Di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, methoxypropylene glycol (meth) acrylate, methoxydipropylene glycol (meth) acrylate, methoxypolypropylene glycol (meth) acrylate, propylene glycol di ( (Poly) oxyalkylene (meth) acrylates such as (meth) acrylate, dipropylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meth) acrylate, (meth) acrylic acid, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxy Propyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, 2-hydroxybutyl (meth) acrylate, 4-hydro Typical examples include cibutyl (meth) acrylate, 2-methacryloyloxyethyl succinate, phenylglycidyl ether (meth) acrylate, ethylene glycol mono (meth) acrylate, polyethylene glycol mono (meth) acrylate, propylene glycol mono (meth) acrylate, etc. Examples thereof include resins obtained by polymerizing one or more monomers selected from (meth) acrylic acid ester monomers.
Examples of the cellulose-based resin include cellulose esters such as cellulose acetate and cellulose butyrate, methyl cellulose, ethyl cellulose, and hydroxyethyl cellulose.
Examples of the polyvinyl acetal resin include polyvinyl formal and polyvinyl butyral.

なお、適度な可とう性を与えて取り回しを容易にするため、樹脂に可塑剤を添加することもできる。
可塑剤としては、ジブチルフタレート、ジ‐ｎ‐オクチルフタレート、ジ‐２‐エチルヘキシルフタレート、ジイソデシルフタレート、ブチルベンジルフタレート、ジイソノニルフタレート等のフタル酸エステル類、トリ‐２‐エチルヘキシルトリメリテート、トリ‐ｎ‐アルキルトリメリテート、トリイソノニルトリメリテート、トリイソデシルトリメリテート等のトリメリット酸エステル、ジメチルアジペート、ジブチルアジペート、ジ−２‐エチルヘキシルアジペート、ジエチルセバケート、ジブチルセバケート、ジ‐２‐エチルヘキシルセバケート、ジ‐２‐エチルヘキシルマレート、アセチル‐トリ‐（２‐エチルヘキシル）シトレート、アセチル‐トリ‐ｎ‐ブチルシトレート、アセチルトリブチルシトレート等の脂肪族多塩基酸エステル類などが挙げられる。 In addition, in order to give moderate flexibility and to make handling easy, a plasticizer can also be added to resin.
Plasticizers include dibutyl phthalate, di-n-octyl phthalate, di-2-ethylhexyl phthalate, diisodecyl phthalate, butyl benzyl phthalate, diisononyl phthalate and other phthalates, tri-2-ethylhexyl trimellitate, tri-n -Trimellitic acid esters such as alkyl trimellitate, triisononyl trimellitate, triisodecyl trimellitate, dimethyl adipate, dibutyl adipate, di-2-ethylhexyl adipate, diethyl sebacate, dibutyl sebacate, di-2 Polybasic aliphatic bases such as 2-ethylhexyl sebacate, di-2-ethylhexyl malate, acetyl-tri- (2-ethylhexyl) citrate, acetyl-tri-n-butyl citrate, acetyl tributyl citrate And esters, and the like.

次に、ろう付用シート１ａの製造方法について説明する。
まず、樹脂と、樹脂を溶解させる溶剤とを混合して、樹脂溶液を生成する。
この樹脂を溶解させる溶剤としては、メタノール、エタノール、ｎ‐プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール等のアルコール類、α‐もしくはβ‐テルピネオール等のテルペン類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、ジエチルケトン、２‐ヘプタノン、４‐ヘプタノン等のケトン類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル類、ｎ‐ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン等の脂肪族/脂環式炭化水素類、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、３‐メトキシブチルアセテート等の酢酸エステル類、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル等のジアルキルグリコールエーテル等が挙げられ、これらを単独もしくは２種類以上を混合したものを使用することができる。 Next, the manufacturing method of the sheet | seat 1a for brazing is demonstrated.
First, a resin and a solvent for dissolving the resin are mixed to produce a resin solution.
Solvents for dissolving this resin include alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, ethylene glycol and propylene glycol, terpenes such as α- or β-terpineol, acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, diethyl ketone, 2 -Ketones such as heptanone and 4-heptanone, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether , Propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, dipropy Glycol ethers such as lenglycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, aliphatic / alicyclic hydrocarbons such as n-hexane, cyclohexane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, ethyl acetate, acetic acid Butyl, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, 3-me Examples include acetates such as toxibutyl acetate, dialkyl glycol ethers such as ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, propylene glycol dimethyl ether, and dipropylene glycol dimethyl ether. Or what mixed 2 or more types can be used.

そして、ＡｇとＴｉ（活性金属）とを含有する合金粉末と樹脂溶液と、可塑剤とを遊星式攪拌機等の攪拌機（図示略）により混合し、合金粉末入りのスラリーを形成する。続いて、スラリーを、アプリケーター（図示略）を使用して支持基材１０上に一定の膜厚で塗布する。
最後に、塗布されたスラリーを支持基材１０ごと乾燥することで、ろう付用シート１ａが形成されるとともに、図１に示すように、支持基材１０上にろう付用シート１ａが積層されたろう付用シート構成体５ａを形成することができる。 Then, an alloy powder containing Ag and Ti (active metal), a resin solution, and a plasticizer are mixed by a stirrer (not shown) such as a planetary stirrer to form a slurry containing the alloy powder. Subsequently, the slurry is applied to the support substrate 10 with a certain film thickness using an applicator (not shown).
Finally, the applied slurry is dried together with the support base 10 to form a brazing sheet 1a, and the brazing sheet 1a is laminated on the support base 10 as shown in FIG. The brazing sheet structure 5a can be formed.

なお、攪拌機としては、遊星式攪拌機、ボールミル、ディスパー等の種々の装置を用いることができ、合金粉末と樹脂溶液等を混合する手段は限定されるものではない。また、ろう付用シートの形成には、ロールコーターやブレードコーター、リップコーター、アプリケーター等の種々の装置を用いることができる。
また、支持基材１０としては、例えば、離型処理が施されたＰＥＴフィルムを用いることができ、厚みは限定されない。 In addition, as a stirrer, various apparatuses, such as a planetary stirrer, a ball mill, a disper, can be used, and the means to mix an alloy powder, a resin solution, etc. is not limited. For forming the brazing sheet, various apparatuses such as a roll coater, a blade coater, a lip coater, and an applicator can be used.
Moreover, as the support base material 10, the PET film in which the mold release process was performed can be used, for example, and thickness is not limited.

図２は、本発明の第２実施形態のろう付用シートを示している。
このろう付用シート１ｂは、第１実施形態のろう付用シート１ａと同様に、銅又は銅合金からなる銅金属板２とセラミックス基板３との接合に用いるものであり、図２に示すように、Ａｇ、活性金属及び樹脂を含有してなるろう材層１１を有するとともに、ろう材層１１の一方の面に、樹脂層１２が積層されてなる。樹脂層１２は、Ａｇ及び活性金属を含有せず、樹脂から構成されている。
また、ろう材層１１の厚みと樹脂層１２の厚みとを合計した総厚みは、３００μｍ以下とすることが好ましい。総厚みが３００μｍを超える場合は、樹脂層１２の分解により発生する炭素残渣量が多くなり、銅金属板２とセラミックス基板３との接合を阻害し、接合不良となるおそれがある。
また、上記の観点から、樹脂層１２の厚みは１００μｍ以下が望ましい。
なお、その他の構成については、第１実施形態のろう付用シート１ａと同様である。 FIG. 2 shows a brazing sheet according to a second embodiment of the present invention.
This brazing sheet 1b is used for joining a copper metal plate 2 made of copper or a copper alloy and a ceramic substrate 3 in the same manner as the brazing sheet 1a of the first embodiment, as shown in FIG. Further, a brazing filler metal layer 11 containing Ag, an active metal, and a resin is provided, and a resin layer 12 is laminated on one surface of the brazing filler metal layer 11. The resin layer 12 does not contain Ag and an active metal and is made of a resin.
The total thickness of the brazing material layer 11 and the resin layer 12 is preferably 300 μm or less. When the total thickness exceeds 300 μm, the amount of carbon residue generated by the decomposition of the resin layer 12 increases, and the bonding between the copper metal plate 2 and the ceramic substrate 3 may be hindered, resulting in a bonding failure.
From the above viewpoint, the thickness of the resin layer 12 is desirably 100 μm or less.
In addition, about another structure, it is the same as that of the sheet | seat 1a for brazing of 1st Embodiment.

第２実施形態のろう付用シート１ｂの製造方法について説明する。
このろう付用シート１ｂは、第１実施形態のろう付用シート１ａのろう材層１１の一方の面に、樹脂層１２を積層することにより製造することができる。なお、支持基材１０上にろう材層１１を積層する部分については、第１実施形態のろう付用シート１ａの製造方法と同様であり、説明を省略する。 A method for manufacturing the brazing sheet 1b of the second embodiment will be described.
This brazing sheet 1b can be manufactured by laminating a resin layer 12 on one surface of the brazing material layer 11 of the brazing sheet 1a of the first embodiment. In addition, about the part which laminates | stacks the brazing material layer 11 on the support base material 10, it is the same as that of the manufacturing method of the sheet | seat 1a for brazing of 1st Embodiment, Description is abbreviate | omitted.

まず、樹脂と、樹脂を溶解させる溶剤とを混合して、樹脂層形成用樹脂溶液を生成する。樹脂層１２を形成するための樹脂としては、ろう材層１１を形成するために用いる前述のポリ（メタ）アクリル系樹脂、セルロース系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂などを好適に用いることができる。また、樹脂を溶解させる溶剤としては、第１実施形態に記載されるものを用いることができるが、樹脂層形成時においてろう材層１１に樹脂層形成用樹脂溶液を塗布した際に、ろう材層１１を溶かさない溶剤を選択することが好ましい。 First, a resin and a solvent for dissolving the resin are mixed to produce a resin solution for forming a resin layer. As the resin for forming the resin layer 12, the above-mentioned poly (meth) acrylic resin, cellulose resin, polyvinyl acetal resin, and the like used for forming the brazing filler metal layer 11 can be suitably used. Further, as the solvent for dissolving the resin, those described in the first embodiment can be used, but when the resin solution for forming the resin layer is applied to the brazing material layer 11 when the resin layer is formed, the brazing material is used. It is preferable to select a solvent that does not dissolve the layer 11.

そして、支持基材１０上にろう材層１１を積層した後に、このろう材層１１の表面に樹脂層形成用樹脂溶液を一定の膜厚で塗布する。そして、塗布された樹脂層形成用樹脂溶液を支持基材１０及びろう材層１１ごと乾燥することで、図２に示すように、ろう材層１１と樹脂層１２とが積層されたろう付用シート１ｂが形成されるとともに、支持基材１０上にろう付用シート１ｂが積層されたろう付用シート構成体５ｂを形成することができる。 Then, after the brazing material layer 11 is laminated on the support base material 10, a resin solution for forming a resin layer is applied to the surface of the brazing material layer 11 with a certain film thickness. Then, the applied resin solution for forming the resin layer is dried together with the support base material 10 and the brazing filler metal layer 11 so that the brazing filler metal layer 11 and the resin layer 12 are laminated as shown in FIG. 1b is formed, and the brazing sheet structure 5b in which the brazing sheet 1b is laminated on the support substrate 10 can be formed.

次に、上述した第１実施形態のろう付用シート構成体５ａ又は第２実施形態のろう付用シート構成体５ｂを用いてパワーモジュール用基板を製造する方法について説明する。パワーモジュール用基板の製造方法においては、ろう付用シート構成体５ａ及び５ｂを総称して符号５を用いて説明し、ろう付用シート１ａ及び１ｂを総称して符号１を用いて説明する。
本実施形態におけるパワーモジュール用基板９は、図３に示すように、回路層２ａ（銅金属板２）とセラミックス基板３とが接合されてなるとともに、セラミックス基板３の裏面に接合された金属層４とを備えている。図３は、このパワーモジュール用基板９を用いて構成されたパワーモジュール１００を示す。 Next, a method for manufacturing a power module substrate using the above-described brazing sheet structure 5a of the first embodiment or the brazing sheet structure 5b of the second embodiment will be described. In the method for manufacturing a power module substrate, the brazing sheet structures 5a and 5b are generically described with reference numeral 5, and the brazing sheets 1a and 1b are generically described with reference numeral 1.
As shown in FIG. 3, the power module substrate 9 in the present embodiment includes a circuit layer 2 a (copper metal plate 2) and a ceramic substrate 3 bonded together, and a metal layer bonded to the back surface of the ceramic substrate 3. 4 is provided. FIG. 3 shows a power module 100 configured using the power module substrate 9.

図３に示すパワーモジュール１００は、回路層２ａが配設されたパワーモジュール用基板９と、回路層２ａの表面にはんだ層（図示略）を介して接合された半導体素子等の電子部品６と、ヒートシンク７とを備えている。
ここで、はんだ層は、例えばＳｎ‐Ａｇ系、Ｓｎ‐Ｉｎ系もしくはＳｎ‐Ａｇ‐Ｃｕ系のはんだ材で構成される。 A power module 100 shown in FIG. 3 includes a power module substrate 9 on which a circuit layer 2a is disposed, and an electronic component 6 such as a semiconductor element joined to the surface of the circuit layer 2a via a solder layer (not shown). The heat sink 7 is provided.
Here, the solder layer is made of, for example, a Sn-Ag, Sn-In, or Sn-Ag-Cu solder material.

パワーモジュール用基板９を構成するセラミックス基板３は、回路層２ａと金属層４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，Ｓｉ_３Ｎ_４，Ａｌ_２Ｏ_３等で構成されている。また、セラミックス基板３の厚みは、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。 The ceramic substrate 3 constituting the power module substrate 9 prevents electrical connection between the circuit layer 2a and the metal layer 4, and has high insulation properties such as AlN, Si ₃ N ₄ , and Al ₂ O _3. Etc. Further, the thickness of the ceramic substrate 3 is set within a range of 0.2 mm or more and 1.5 mm or less, and in this embodiment, is set to 0.635 mm.

回路層２ａは、セラミックス基板３の表面に銅金属板２が接合されることにより形成されている。回路層２ａの厚みは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．３ｍｍに設定されている。また、回路層２ａには、回路パターンが形成されており、その一方の面が、電子部品６が搭載される搭載面とされている。
本実施形態においては、回路層２ａ（銅金属板２）は、純度９９．９９質量％以上の無酸素銅（ＯＦＣ）の圧延板とされている。
そして、セラミックス基板３と回路層２ａとの接合に、ろう付用シート１が使用されている。 The circuit layer 2 a is formed by bonding a copper metal plate 2 to the surface of the ceramic substrate 3. The thickness of the circuit layer 2a is set within a range of 0.1 mm or more and 1.0 mm or less, and is set to 0.3 mm in the present embodiment. A circuit pattern is formed on the circuit layer 2a, and one surface thereof is a mounting surface on which the electronic component 6 is mounted.
In the present embodiment, the circuit layer 2a (copper metal plate 2) is a rolled plate of oxygen-free copper (OFC) having a purity of 99.99% by mass or more.
The brazing sheet 1 is used for joining the ceramic substrate 3 and the circuit layer 2a.

金属層４は、図３に示すように、セラミックス基板３の他方の面に、アルミニウム板が接合されることにより形成されている。金属層４の厚みは０．６ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６ｍｍに設定されている。
また、本実施形態においては、アルミニウム板（金属層４）は、純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板とされている。 As shown in FIG. 3, the metal layer 4 is formed by bonding an aluminum plate to the other surface of the ceramic substrate 3. The thickness of the metal layer 4 is set within a range of 0.6 mm or more and 6.0 mm or less, and is set to 0.6 mm in the present embodiment.
In this embodiment, the aluminum plate (metal layer 4) is a rolled plate of aluminum (so-called 4N aluminum) having a purity of 99.99% by mass or more.

ヒートシンク７は、パワーモジュール用基板９からの熱を放熱するためのものである。本実施形態においては、ヒートシンク７はアルミニウム又はアルミニウム合金により構成されており、具体的にはＡ６０６３合金の圧延板とされている。また、ヒートシンク７の厚みは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、５ｍｍに設定されている。 The heat sink 7 is for radiating heat from the power module substrate 9. In the present embodiment, the heat sink 7 is made of aluminum or an aluminum alloy, and specifically, is a rolled plate of A6063 alloy. Moreover, the thickness of the heat sink 7 is set within a range of 1 mm or more and 10 mm or less, and is set to 5 mm in this embodiment.

図４に、セラミックス基板３と回路層２ａとの接合界面の拡大図を示す。セラミックス基板３の表面には、ろう付用シート１に含有された活性金属（Ｔｉ）により、ＡｌＮ等の窒化物系セラミックス基板の場合は窒化物（ＴｉＮ）からなる窒化物層３１が形成されている。なお、Ａｌ_２Ｏ_３等の酸化物系セラミックス基板の場合は酸化物（ＴｉＯ）からなる酸化物層が形成される。
そして、図４においては、窒化物層３１に積層するようにＡｇ‐Ｃｕ共晶層２１が形成されている。ここで、Ａｇ‐Ｃｕ共晶層２１の厚みは１５μｍ以下となっている。 FIG. 4 shows an enlarged view of the bonding interface between the ceramic substrate 3 and the circuit layer 2a. A nitride layer 31 made of nitride (TiN) is formed on the surface of the ceramic substrate 3 by the active metal (Ti) contained in the brazing sheet 1 in the case of a nitride ceramic substrate such as AlN. Yes. In the case of an oxide ceramic substrate such as Al ₂ O _3, an oxide layer made of oxide (TiO) is formed.
In FIG. 4, an Ag—Cu eutectic layer 21 is formed so as to be stacked on the nitride layer 31. Here, the thickness of the Ag—Cu eutectic layer 21 is 15 μm or less.

〔パワーモジュール用基板の製造方法の第１実施形態〕
まず、本発明のパワーモジュール用基板の製造方法の第１実施形態について説明する。
（金属板積層工程）
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、銅金属板２にろう付用シート構成体５の支持基材１０とは反対側の表面を接触させた状態とする。そして、銅金属板２とろう付用シート構成体５とを、その積層方向（厚み方向）に加熱圧着することにより、銅金属板２とろう付用シート構成体５とを積層し、これらが積層された金属板積層体８を形成する。
この際、ろう付用シート１を支持基材１０上に重ねた状態で取り扱われるので、ろう付用シート１を容易に取り扱うことができ、ろう付用シート１を銅金属板２の所望の位置に容易に積層することができる。 [First Embodiment of Power Module Substrate Manufacturing Method]
First, a first embodiment of a method for manufacturing a power module substrate of the present invention will be described.
(Metal plate lamination process)
As shown to Fig.5 (a) and (b), it is set as the state which made the surface on the opposite side to the support base material 10 of the brazing sheet structure 5 contact the copper metal plate 2. FIG. And the copper metal plate 2 and the sheet | seat structure 5 for brazing are laminated | stacked by heat-pressing the copper metal plate 2 and the sheet | seat structure 5 for brazing in the lamination direction (thickness direction), A laminated metal plate laminate 8 is formed.
At this time, since the brazing sheet 1 is handled in a state of being superimposed on the support base material 10, the brazing sheet 1 can be easily handled, and the brazing sheet 1 can be handled at a desired position of the copper metal plate 2. Can be easily laminated.

（打抜工程）
図５（ｃ）に示すように、金属板積層体８を支持基材１０ごと回路パターン形状に打抜き加工する。これにより、銅金属板２を回路パターン形状に形成するとともに、銅金属板２の片面に圧着されたろう付用シート１を回路パターン形状に沿って形成することができる。銅金属板２は、ろう付用シート１と支持基材１０とを積層した状態で回路パターン形状に加工されることから、銅金属板２のセラミックス基板３との接合面全域にろう付用シート１が貼り付けられた状態とされ、銅金属板２とセラミックス基板３とのろう付けに必要なＡｇ量及び活性金属量を、確実に確保することができる。 (Punching process)
As shown in FIG. 5 (c), the metal plate laminate 8 is punched into a circuit pattern shape together with the support base 10. Thereby, while forming the copper metal plate 2 in a circuit pattern shape, the brazing sheet 1 crimped to one surface of the copper metal plate 2 can be formed along the circuit pattern shape. Since the copper metal plate 2 is processed into a circuit pattern shape in a state where the brazing sheet 1 and the support base material 10 are laminated, the brazing sheet is provided over the entire bonding surface of the copper metal plate 2 with the ceramic substrate 3. In this state, the amount of Ag and the amount of active metal necessary for brazing the copper metal plate 2 and the ceramic substrate 3 can be ensured.

（接合工程）
次に、図５（ｄ）に示すように、打抜き加工後の金属板積層体８から支持基材１０を剥がして、ろう付用シート１を露出させる。この際、図１及び図２に示すように、支持基材１０側に積層されたろう材層１１が露出することになる。そして、このろう材層１１をセラミックス基板３の一方の面側に接触させ、図５（ｅ）に示すように、銅金属板２とセラミックス基板３との間にろう付用シート１を介在させた状態とし、これらの積層方向（厚み方向）に０．０１〜０．３５ＭＰａ（１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ^２）の圧力で加圧した状態で真空加熱炉内に装入して加熱する。ここで、真空加熱炉内の圧力は１０^−６Ｐａ以上１０^−３Ｐａ以下の範囲内に設定し、加熱温度は７９０℃以上８５０℃以下の範囲内に設定している。
この際、銅金属板２の一部がＣｕとＡｇとの反応によって溶融し、銅金属板２とセラミックス基板３との界面に、溶融金属領域が形成される。そして、この溶融金属領域を凝固させることにより、セラミックス基板３と銅金属板２とが接合される。
また、ろう付用シート１のＡｇは銅金属板２へ十分に拡散されており、樹脂はろう付け時に熱分解されるため、銅金属板２とセラミックス基板３との接合界面にろう付用シート１が残存することはない。また、上述のように、樹脂はろう付け時に熱分解されるため、銅金属板２とセラミックス基板３との接合に影響しない。 (Joining process)
Next, as shown in FIG.5 (d), the support base material 10 is peeled from the metal plate laminated body 8 after a punching process, and the sheet | seat 1 for brazing is exposed. At this time, as shown in FIGS. 1 and 2, the brazing filler metal layer 11 laminated on the support base material 10 side is exposed. Then, the brazing material layer 11 is brought into contact with one surface side of the ceramic substrate 3 and the brazing sheet 1 is interposed between the copper metal plate 2 and the ceramic substrate 3 as shown in FIG. In a state in which the pressure is set to 0.01 to 0.35 MPa (1 to 35 kgf / cm ² ) in the stacking direction (thickness direction), the vacuum heating furnace is charged and heated. Here, the pressure in the vacuum heating furnace is set in the range of 10 ⁻⁶ Pa to 10 ⁻³ Pa, and the heating temperature is set in the range of 790 ° C. to 850 ° C.
At this time, a part of the copper metal plate 2 is melted by the reaction between Cu and Ag, and a molten metal region is formed at the interface between the copper metal plate 2 and the ceramic substrate 3. The ceramic substrate 3 and the copper metal plate 2 are joined by solidifying the molten metal region.
Further, Ag in the brazing sheet 1 is sufficiently diffused into the copper metal plate 2 and the resin is thermally decomposed during brazing, so that the brazing sheet is formed at the bonding interface between the copper metal plate 2 and the ceramic substrate 3. No 1 remains. Further, as described above, since the resin is thermally decomposed during brazing, the bonding between the copper metal plate 2 and the ceramic substrate 3 is not affected.

（金属層接合工程）
次に、セラミックス基板３の他方の面に金属層４となるアルミニウム板を接合する。図７（ａ）に示すように、セラミックス基板３の他方の面側に、金属層４となるアルミニウム板を厚み５〜５０μｍのろう材箔１５を介して積層する。本実施形態では、ろう材箔１５は、融点降下元素であるＳｉを含有したＡｌ‐Ｓｉ系ろう材により構成され、厚みが１４μｍとされている。
そして、セラミックス基板３、ろう材箔１５、金属層４を積層方向に０．０１〜０．３５ＭＰａ（１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ^２）の圧力で加圧した状態で加熱炉内に装入して加熱する。加熱温度は５５０℃以上６５０℃以下、加熱時間は３０分以上１８０分以下とされている。
この際、ろう材箔１５と金属層４の一部とが溶融し、金属層４とセラミックス基板３との界面に溶融金属領域が形成される。そして、この溶融金属領域を凝固させることにより、セラミックス基板３と金属層４とが接合され、セラミックス基板３に回路層２ａと金属層４とが積層されたパワーモジュール用基板９が製造される。 (Metal layer bonding process)
Next, an aluminum plate to be the metal layer 4 is bonded to the other surface of the ceramic substrate 3. As shown in FIG. 7A, an aluminum plate to be the metal layer 4 is laminated on the other surface side of the ceramic substrate 3 with a brazing filler metal foil 15 having a thickness of 5 to 50 μm. In the present embodiment, the brazing material foil 15 is made of an Al—Si brazing material containing Si that is a melting point lowering element, and has a thickness of 14 μm.
Then, the ceramic substrate 3, the brazing filler metal foil 15, and the metal layer 4 are charged in a heating furnace in a state where the ceramic substrate 3, the brazing filler metal foil 15, and the metal layer 4 are pressed in a pressure of 0.01 to 0.35 MPa (1 to 35 kgf / cm ² ). To do. The heating temperature is from 550 ° C. to 650 ° C., and the heating time is from 30 minutes to 180 minutes.
At this time, the brazing filler metal foil 15 and a part of the metal layer 4 are melted, and a molten metal region is formed at the interface between the metal layer 4 and the ceramic substrate 3. Then, by solidifying the molten metal region, the ceramic substrate 3 and the metal layer 4 are joined, and the power module substrate 9 in which the circuit layer 2a and the metal layer 4 are laminated on the ceramic substrate 3 is manufactured.

（ヒートシンク接合工程）
図７（ｂ）に示すように、パワーモジュール用基板９の金属層４に、ヒートシンク７を厚み５〜５０μｍのろう材箔１５を介して積層する。
本実施形態では、ろう材箔１５は、Ａｌ‐Ｓｉ系ろう材により構成され、厚みが１４μｍとされている。
そして、パワーモジュール用基板９、ろう材箔１５、ヒートシンク７を積層方向に０．０１〜０．３５ＭＰａ（１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ^２）の圧力で加圧した状態で加熱炉内に装入して加熱する。加熱温度は５５０℃以上６５０℃以下、加熱時間は３０分以上１８０分以下とされている。
この際、金属層４とヒートシンク７との界面に、それぞれ溶融金属領域が形成される。そして、この溶融金属領域を凝固させることにより、パワーモジュール用基板９とヒートシンク７とが接合され、ヒートシンク付パワーモジュール用基板が製造される。 (Heat sink bonding process)
As shown in FIG. 7B, a heat sink 7 is laminated on the metal layer 4 of the power module substrate 9 with a brazing filler metal foil 15 having a thickness of 5 to 50 μm.
In the present embodiment, the brazing material foil 15 is made of an Al—Si brazing material and has a thickness of 14 μm.
Then, the power module substrate 9, the brazing material foil 15, and the heat sink 7 are charged into the heating furnace in a state where the pressure is 0.01 to 0.35 MPa (1 to 35 kgf / cm ² ) in the stacking direction. Heat. The heating temperature is from 550 ° C. to 650 ° C., and the heating time is from 30 minutes to 180 minutes.
At this time, molten metal regions are respectively formed at the interface between the metal layer 4 and the heat sink 7. And by solidifying this molten metal area | region, the board | substrate 9 for power modules and the heat sink 7 are joined, and the board | substrate for power modules with a heat sink is manufactured.

〔パワーモジュール用基板の製造方法の第２実施形態〕
次に、本発明のパワーモジュール用基板の製造方法の第２実施形態について説明する。
（打抜工程）
まず、図６（ａ）に示すように、ろう付用シート構成体５を回路層２ａの回路パターン形状に打抜き加工する。また、銅金属板２も回路パターン形状に打抜き加工しておく。 [Second Embodiment of Power Module Substrate Manufacturing Method]
Next, a second embodiment of the method for manufacturing a power module substrate of the present invention will be described.
(Punching process)
First, as shown in FIG. 6A, the brazing sheet structure 5 is punched into a circuit pattern shape of the circuit layer 2a. The copper metal plate 2 is also punched into a circuit pattern shape.

（金属板積層工程）
次に、図６（ｂ）に示すように、打抜き加工後のろう付用シート構成体５と銅金属板２との位置を合わせて、ろう付用シート構成体５の支持基材１０とは反対側の表面を銅金属板２に接触させた状態とする。そして、銅金属板２とろう付用シート構成体５とを、その積層方向に加熱圧着することにより、図６（ｃ）に示すように、銅金属板２とろう付用シート構成体５とを積層し、これらが積層された金属板積層体８を形成する。
この際、ろう付用シート１を支持基材１０上に重ねた状態で取扱われるので、ろう材用シート１を容易に取り扱うことができ、ろう付用シート１を銅金属板２の所望の位置に容易に積層することができる。 (Metal plate lamination process)
Next, as shown in FIG. 6B, the brazing sheet structure 5 after the punching process and the copper metal plate 2 are aligned, and the support base material 10 of the brazing sheet structure 5 is The surface on the opposite side is brought into contact with the copper metal plate 2. And, as shown in FIG. 6C, the copper metal plate 2 and the brazing sheet structure 5 are heat-pressed in the laminating direction, and as shown in FIG. And a metal plate laminate 8 in which these are laminated is formed.
At this time, since the brazing sheet 1 is handled in a state of being superimposed on the support base material 10, the brazing material sheet 1 can be easily handled, and the brazing sheet 1 can be disposed at a desired position of the copper metal plate 2. Can be easily laminated.

（接合工程）
次に、図６（ｄ）に示すように、金属板積層体８から支持基材１０を剥がしてろう付用シート１を露出させる。この際、図１及び図２に示すように、支持基材１０側に積層されたろう材層１１が露出することになる。そして、このろう材層１１をセラミックス基板３の一方の面側に接触させ、図６（ｅ）に示すように、銅金属板２とセラミックス基板３との間にろう付用シート１を介在させた状態とし、これらの積層方向に加圧した状態で真空加熱炉内に装入して加熱する。これにより、銅金属板２の一部がＣｕとＡｇとの反応によって溶融し、銅金属板２とセラミックス基板３との界面に、溶融金属領域が形成される。そして、この溶融金属領域を凝固させることにより、セラミックス基板３と銅金属板２とが接合される。 (Joining process)
Next, as shown in FIG. 6 (d), the support base 10 is peeled off from the metal plate laminate 8 to expose the brazing sheet 1. At this time, as shown in FIGS. 1 and 2, the brazing filler metal layer 11 laminated on the support base material 10 side is exposed. Then, the brazing material layer 11 is brought into contact with one surface side of the ceramic substrate 3, and the brazing sheet 1 is interposed between the copper metal plate 2 and the ceramic substrate 3 as shown in FIG. 6 (e). In a state where the pressure is applied in the stacking direction, the vacuum heating furnace is charged and heated. Thereby, a part of the copper metal plate 2 is melted by the reaction between Cu and Ag, and a molten metal region is formed at the interface between the copper metal plate 2 and the ceramic substrate 3. The ceramic substrate 3 and the copper metal plate 2 are joined by solidifying the molten metal region.

なお、セラミックス基板３に金属層４を接合する金属層接合工程と、金属層４にヒートシンク７を接合するヒートシンク接合工程は、第１実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法と同様であり、説明を省略する。 The metal layer bonding step for bonding the metal layer 4 to the ceramic substrate 3 and the heat sink bonding step for bonding the heat sink 7 to the metal layer 4 are the same as those in the method for manufacturing the power module substrate of the first embodiment. Is omitted.

以上のように、本発明によれば、Ａｇ及び活性金属に樹脂を混合してろう付用シート１を形成することで、一定の厚みを確保しながらもＡｇ及び活性金属の配合比率を低くしたろう付用シート１を形成することができる。これにより、ろう付用シート１の取り扱い性を阻害することなく、銅金属板２とセラミックス基板３との間に介在する単位面積当たりのＡｇ及び活性金属の含有量を低減させることができる。
したがって、銅金属板２とセラミックス基板３との接合部において、溶融金属領域が必要以上に形成されることがなく、接合後（凝固後）に形成されるＡｇ‐Ｃｕ共晶層の厚みを薄くすることができ、ヒートサイクル時に生じるセラミックス基板３の割れの発生を抑制することができる。 As described above, according to the present invention, the mixing ratio of Ag and the active metal is lowered while securing a certain thickness by mixing the resin with Ag and the active metal to form the brazing sheet 1. The brazing sheet 1 can be formed. Thereby, the content of Ag and active metal per unit area interposed between the copper metal plate 2 and the ceramic substrate 3 can be reduced without impairing the handleability of the brazing sheet 1.
Therefore, the molten metal region is not formed more than necessary at the joint between the copper metal plate 2 and the ceramic substrate 3, and the thickness of the Ag—Cu eutectic layer formed after joining (after solidification) is reduced. It is possible to suppress the generation of cracks in the ceramic substrate 3 that occurs during the heat cycle.

また、ろう付用シート１は、Ａｇの単位当たりの含有量が１ｍｇ／ｃｍ^２以上１５ｍｇ／ｃｍ^２以下とされ、活性金属の単位当たりの含有量が０．５ｍｇ／ｃｍ^２以上６ｍｇ／ｃｍ^２以下とされていることから、活性金属によるセラミックス基板３表面の窒化物又は酸化物の層と、ＡｇとＣｕとの共晶組織とを、確実に形成でき、銅金属板２とセラミックス基板３とを接合することができる。そして、窒化物又は酸化物の層を介してセラミックス基板３と銅金属板２とを接合することができるので、セラミックス基板３と銅金属板２との接合強度の向上を図ることができる。 In addition, the brazing sheet 1 has an Ag content of 1 mg / cm ^{2 to} 15 mg / cm ² and an active metal content of 0.5 mg / cm ^{2 to} 6 mg / cm ^2. Therefore, the nitride or oxide layer on the surface of the ceramic substrate 3 made of active metal and the eutectic structure of Ag and Cu can be reliably formed, and the copper metal plate 2 and the ceramic substrate 3 Can be joined. Since the ceramic substrate 3 and the copper metal plate 2 can be bonded via the nitride or oxide layer, the bonding strength between the ceramic substrate 3 and the copper metal plate 2 can be improved.

なお、乾燥して溶剤を除去し、ろう付用シートとした際に金属粉末が６０質量％以上、８０質量％以下であることが好ましい。６０質量％未満では金属粉末の含有率が少なく、金属粒子間の距離が開くため、金属元素の拡散が十分に進行せず接合性が悪化するおそれがある。また、８０質量％を超えると、樹脂の含有率が少なくなり、シートとして取り扱える強度を保持できなくなるおそれがある。
また、活性金属の含有量が０．５ｍｇ／ｃｍ^２未満では、窒化物又は酸化物の層を確実に形成することができず、セラミックス基板３と銅金属板２との接合強度が低下するおそれがある。また、活性金属の含有量が６ｍｇ／ｃｍ^２を超えると、銅金属板２へ拡散するＡｇ量が十分に確保できず、セラミックス基板３と銅金属板２とを接合できなくなるおそれがある。 In addition, when drying and removing a solvent and setting it as the sheet | seat for brazing, it is preferable that metal powder is 60 mass% or more and 80 mass% or less. If it is less than 60% by mass, the content of the metal powder is small and the distance between the metal particles increases, so that the diffusion of the metal element does not proceed sufficiently and the bonding property may deteriorate. On the other hand, if it exceeds 80% by mass, the resin content decreases, and there is a possibility that the strength that can be handled as a sheet cannot be maintained.
In addition, when the content of the active metal is less than 0.5 mg / cm ² , the nitride or oxide layer cannot be reliably formed, and the bonding strength between the ceramic substrate 3 and the copper metal plate 2 may be reduced. There is. Moreover, when content of an active metal exceeds 6 mg / cm < ² >, Ag amount which diffuses to the copper metal plate 2 cannot fully be ensured, and there exists a possibility that the ceramic substrate 3 and the copper metal plate 2 cannot be joined.

また、図２に示すように、ろう材層１１の上に樹脂層１２を重ねた二層構造のろう付用シート１ｂを形成した場合には、ろう付用シート１ｂを銅金属板２もしくはセラミックス基板３に熱圧着して仮止めすることが可能となり、接合時に位置ずれを起こし難くすることができ、より取り扱い性を向上することができる。 As shown in FIG. 2, when a brazing sheet 1b having a two-layer structure in which a resin layer 12 is superimposed on a brazing material layer 11, the brazing sheet 1b is made of a copper metal plate 2 or ceramics. It is possible to temporarily fix the substrate 3 by thermocompression bonding, and it is possible to make it difficult to cause a positional shift at the time of joining, and it is possible to further improve the handleability.

なお、上記実施形態においては、ろう付用シート１はＡｇと活性金属と樹脂とにより構成されていたが、ろう材層１１にＣｕが含まれるようにしてもよく、ＡｇとＣｕとの配合比率は、Ａｇが１００重量部に対し、Ｃｕが１を超え１００以下の重量部とされているとよい。
この場合、ろう材層１１にＣｕを含有しているので、Ａｇ‐Ｃｕ共晶組織を形成し易くなる。 In the above embodiment, the brazing sheet 1 is composed of Ag, an active metal, and a resin. However, the brazing material layer 11 may contain Cu, and the mixing ratio of Ag and Cu. Is preferable that Cu is greater than 1 and less than or equal to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of Ag.
In this case, since the brazing material layer 11 contains Cu, an Ag—Cu eutectic structure is easily formed.

本発明の有効性を確認するために行った比較実験について説明する。
表１から表４に示す条件でろう付用シートを形成し、表３及び表４に示す各種ろう付用シートを用いて、セラミックス基板３と銅金属板２とを接合して、パワーモジュール用基板９を製造した。そして、これらのパワーモジュール用基板９について、初期接合率と、冷熱サイクル試験後のセラミックス割れを評価した。 A comparative experiment conducted to confirm the effectiveness of the present invention will be described.
A brazing sheet is formed under the conditions shown in Tables 1 to 4, and the ceramic substrate 3 and the copper metal plate 2 are joined using the various brazing sheets shown in Tables 3 and 4, for the power module. A substrate 9 was manufactured. And about these substrate 9 for power modules, the initial joining rate and the ceramic crack after a thermal cycle test were evaluated.

なお、表１には、ろう付用シートの製造に用いる樹脂溶液の構成を示しており、表２には、表１に示す種類の樹脂溶液と金属粉末とを組み合わせて形成したスラリーの組成を示している。また、表３に示すろう付用シートは、ろう材層１１のみで形成したものであり、表４に示すろう付用シートは、ろう材層１１に樹脂層１２を重ねて形成したものである。 Table 1 shows the composition of the resin solution used for the production of the brazing sheet, and Table 2 shows the composition of the slurry formed by combining the types of resin solutions shown in Table 1 and metal powder. Show. Further, the brazing sheet shown in Table 3 is formed only by the brazing material layer 11, and the brazing sheet shown in Table 4 is formed by overlapping the resin layer 12 on the brazing material layer 11. .

（ろう付用シートの製造）
表３に示す実施例１のろう付用シートは、表１に示す樹脂溶液Ａを用い、表２に示すスラリー（１）の組成により作製した。樹脂溶液Ａは、表１に示すように、ポリブチルメタクリレート（平均重量分子量２５００００）４０重量部を酢酸エチル６０重量部中に溶解することにより作製した。また、表２に示すように、樹脂溶液Ａ７５重量部にＡｇ粉末（粒径１μｍ）７２重量部と、Ｃｕ粉末（粒径３μｍ）２８重量部、Ｔｉ粉末（粒径１０μｍ）２０重量部、酢酸エチル１３５重量部を加え、遊星式攪拌機で攪拌することによりスラリー（１）を構成した。そして、このスラリー（１）を離型処理したＰＥＴフィルムの支持基材上にアプリケーターで１００μｍ厚に塗布し、１００℃で５分間乾燥することで、厚み２３μｍのろう材層１１を形成し、実施例１のろう付用シートを形成するとともに、支持基材上にろう付用シートが積層されたろう付用シート構成体を形成した。なお、表３に示す実施例２〜９及び比較例１〜４のろう付用シートは実施例１と同様の方法で形成した。 (Manufacture of brazing sheets)
The brazing sheet of Example 1 shown in Table 3 was prepared using the resin solution A shown in Table 1 and the composition of the slurry (1) shown in Table 2. As shown in Table 1, the resin solution A was prepared by dissolving 40 parts by weight of polybutyl methacrylate (average weight molecular weight 250,000) in 60 parts by weight of ethyl acetate. As shown in Table 2, 75 parts by weight of resin solution A, 72 parts by weight of Ag powder (particle size 1 μm), 28 parts by weight of Cu powder (particle size 3 μm), 20 parts by weight of Ti powder (particle size 10 μm), acetic acid The slurry (1) was constituted by adding 135 parts by weight of ethyl and stirring with a planetary stirrer. Then, the slurry (1) is applied to a support substrate of a PET film subjected to a release treatment with a thickness of 100 μm with an applicator, and dried at 100 ° C. for 5 minutes to form a brazing filler metal layer 11 having a thickness of 23 μm. While forming the sheet | seat for brazing of Example 1, the sheet | seat structure for brazing which the sheet | seat for brazing was laminated | stacked on the support base material was formed. The brazing sheets of Examples 2 to 9 and Comparative Examples 1 to 4 shown in Table 3 were formed in the same manner as in Example 1.

また、表４に示す樹脂層１２を有する実施例１０のろう付用シートは、表２に示すスラリー（１）により支持基材１０上にろう材層１１を形成した後に、さらにろう材層１１上に表１に示す樹脂層形成用樹脂溶液Ｂを塗布して、１００℃５分間乾燥することで、ろう材層１１と樹脂層１２とが積層されたろう付用シートを形成するとともに、支持基材１０上にろう付用シートが積層されたろう付用シート構成体を形成した。なお、表４に示す実施例１１，１２及び比較例５のろう付用シートは、実施例１０と同様の方法で形成した。 In addition, the brazing sheet of Example 10 having the resin layer 12 shown in Table 4 was formed after the brazing filler metal layer 11 was formed on the support base material 10 with the slurry (1) shown in Table 2, and then the brazing filler metal layer 11. By applying the resin solution B for resin layer formation shown in Table 1 above and drying at 100 ° C. for 5 minutes, a brazing sheet in which the brazing material layer 11 and the resin layer 12 are laminated is formed. A brazing sheet structure in which brazing sheets were laminated on the material 10 was formed. The brazing sheets of Examples 11 and 12 and Comparative Example 5 shown in Table 4 were formed by the same method as in Example 10.

（評価方法）
表３及び表４に示すろう付用シートを用いて、セラミックス基板３と銅金属板２とを接合することにより、パワーモジュール用基板９を製作した。
各パワーモジュール用基板９は、セラミックス基板３として３０ｍｍ×３０ｍｍで厚み０．６３５ｍｍのＡｌＮ板を、回路層２ａ（銅金属板２）として２７ｍｍ×２７ｍｍで厚み０．３ｍｍの純度９９．９９質量％以上の無酸素銅の圧延板を、金属層４として、２８ｍｍ×２８ｍｍで厚み０．６ｍｍの純度９９．９９質量％以上の４Ｎアルミニウムの圧延板を用いた。また、ヒートシンク７には、５０ｍｍ×６０ｍｍで厚み５ｍｍのアルミニウム合金（６０６３合金）の圧延板を用いた。 (Evaluation method)
By using the brazing sheets shown in Table 3 and Table 4, the ceramic substrate 3 and the copper metal plate 2 were joined together to produce a power module substrate 9.
Each power module substrate 9 is an AlN plate having a thickness of 30 mm × 30 mm and a thickness of 0.635 mm as the ceramic substrate 3, and a purity of 99.99 mass% having a thickness of 27 mm × 27 mm and a thickness of 0.3 mm as the circuit layer 2 a (copper metal plate 2). The above oxygen-free copper rolled plate was used as a metal layer 4 and a 4N aluminum rolled plate of 28 mm × 28 mm and a thickness of 0.6 mm and having a purity of 99.99% by mass or more. The heat sink 7 was a 50 mm × 60 mm aluminum alloy (6063 alloy) rolled plate having a thickness of 5 mm.

そして、各パワーモジュール用基板について、初期接合率、冷熱後のセラミックス割れを評価した。
初期接合率は、超音波探傷により回路層２ａとセラミックス基板３との接合界面、金属層４とセラミックス基板３との接合界面の接合状態を観察し、下記の（１）式より求めた。
初期接合率＝接合面積／（回路層の面積＋金属層面積）×１００（％）…（１） And about each power module substrate, the initial joining rate and the ceramic crack after cooling were evaluated.
The initial bonding rate was determined from the following equation (1) by observing the bonding interface between the circuit layer 2a and the ceramic substrate 3 and the bonding interface between the metal layer 4 and the ceramic substrate 3 by ultrasonic flaw detection.
Initial bonding rate = bonding area / (circuit layer area + metal layer area) × 100 (%) (1)

セラミックス割れは、冷熱サイクル（−４５℃←→１２５℃）を５００回繰り返す毎にクラックの発生の有無を確認し、クラックが確認された回数で評価した。
また、各ろう付用シート中の各元素の存在量はろう付用シートを２０ｍｍ×２０ｍｍに切断し、酸溶液に溶解した後、ＩＣＰ‐ＡＥＳ（誘導結合プラズマ発光分光分析装置）による各元素の定量値から計算した。 The ceramic crack was evaluated by checking the occurrence of cracks every time the cooling cycle (−45 ° C. ← → 125 ° C.) was repeated 500 times, and the number of cracks confirmed.
The amount of each element in each brazing sheet is determined by cutting the brazing sheet into 20 mm × 20 mm, dissolving in an acid solution, and then using ICP-AES (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer). Calculated from the quantitative value.

表３及び表４からわかるように、Ａｇの単位面積当たりの含有量が１ｍｇ／ｃｍ^２以上１５ｍｇ／ｃｍ^２以下とされ、活性金属（Ｔｉ）の単位面積当たりの含有量が０．５ｍｇ／ｃｍ^２以上６ｍｇ／ｃｍ^２以下とされた実施例１〜９及び樹脂層を設けた実施例１０〜１３においては、いずれも初期接合率が９５％を超えており、銅金属板２とセラミックス基板３とを良好に接合することができた。また、セラミックス割れの評価においても、良好な結果が得られた。
また、実施例１３は、ろう材層１１の厚みが６３μｍで、樹脂層１２の厚みが２００μｍとされ、ろう付用シートの総厚みが実施例１０〜実施例１２と比べ増していることから、樹脂の分解により生じた炭素残渣により銅金属板２とセラミックス基板３との接合が阻害され、初期接合率が実施例１〜１２に比較して低下したと推察される。 As can be seen from Tables 3 and 4, the Ag content per unit area is 1 mg / cm ² or more and 15 mg / cm ² or less, and the active metal (Ti) content per unit area is 0.5 mg / cm 2. ^In Examples 1 to 9 and ^{2 to} 6 mg / cm ² or less and Examples 10 to 13 provided with a resin layer, the initial bonding rate exceeded 95%, and the copper metal plate 2 and the ceramic substrate 3 And were successfully bonded. Also, good results were obtained in the evaluation of ceramic cracks.
In Example 13, since the thickness of the brazing material layer 11 is 63 μm, the thickness of the resin layer 12 is 200 μm, and the total thickness of the brazing sheet is increased as compared with Examples 10 to 12, It is surmised that the bonding between the copper metal plate 2 and the ceramic substrate 3 is hindered by the carbon residue generated by the decomposition of the resin, and the initial bonding rate is reduced as compared with Examples 1-12.

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。 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.

１，１ａ，１ｂろう付用シート
２銅金属板
２ａ回路層
３セラミックス基板
４金属層
５，５ａ，５ｂろう付用シート構成体
６電子部品
７ヒートシンク
８金属板積層体
９パワーモジュール用基板
１０支持基材
１１ろう材層
１２樹脂層
１５ろう材箔
２１Ａｇ‐Ｃｕ共晶層
３１窒化物層
１００パワーモジュール 1, 1a, 1b Brazing sheet 2 Copper metal plate 2a Circuit layer 3 Ceramic substrate 4 Metal layers 5, 5a, 5b Brazing sheet component 6 Electronic component 7 Heat sink 8 Metal plate laminate 9 Power module substrate 10 Support Base material 11 Brazing material layer 12 Resin layer 15 Brazing material foil 21 Ag-Cu eutectic layer 31 Nitride layer 100 Power module

Claims

A power module substrate manufacturing method for bonding a copper metal plate made of copper or a copper alloy and a ceramic substrate, comprising: a brazing material layer containing Ag, an active metal and a resin; and Ag per unit area And the active metal content on one side of the brazing sheet where Ag is 1 mg / cm ² or more and 15 mg / cm ² or less, and the active metal is 0.5 mg / cm ² or more and 6 mg / cm ² or less. Preparing a sheet structure formed by laminating a support base so as to be in contact with the brazing material layer, and heating the copper metal plate on the surface opposite to the support base of the sheet structure. A metal plate laminating step for forming a metal plate laminate in which the copper metal plate and the sheet structure are laminated by pressing, and punching the metal plate laminate into a circuit pattern shape together with the support substrate. A blanking process; From the metal plate laminate after punching is peeled off the supporting substrate to expose the brazing material layer, the brazing material layer is brought into contact with the ceramic substrate, the 0.01~0.35MPa these stacking direction the molten metal region formed at the interface between the ceramic substrate and the copper metal plates by heating in a state pressurized with a pressure, wax and the ceramic substrate and the copper metal plate by solidifying the molten metal region And a bonding step of forming an Ag—Cu eutectic layer having a thickness of 15 μm or less at a bonding portion between the copper metal plate and the ceramic substrate .

A power module substrate manufacturing method for bonding a copper metal plate made of copper or a copper alloy and a ceramic substrate, comprising: a brazing material layer containing Ag, an active metal and a resin; and Ag per unit area And the active metal content on one side of the brazing sheet where Ag is 1 mg / cm ² or more and 15 mg / cm ² or less, and the active metal is 0.5 mg / cm ² or more and 6 mg / cm ² or less. A sheet structure formed by laminating a support base material so as to come into contact with the brazing material layer , a punching step of punching the sheet structure into a circuit pattern shape, and the sheet structure after the punching process The metal plate on which the copper metal plate and the sheet structure are laminated by bringing the surface opposite to the support base material into contact with the copper metal plate previously formed into a circuit pattern shape and heat-pressing it product 0 and the metal plate laminating step of forming a body by peeling the supporting substrate from the metal plate laminate to expose the brazing material layer, the brazing material layer is brought into contact with the ceramic substrate, these stacking direction. A molten metal region is formed at the interface between the copper metal plate and the ceramic substrate by heating in a state of being pressurized at a pressure of 01 to 0.35 MPa , and the molten metal region is solidified to form the copper metal plate A power module substrate comprising: a brazing step of brazing the ceramic substrate to form an Ag-Cu eutectic layer having a thickness of 15 μm or less at a joint between the copper metal plate and the ceramic substrate. Manufacturing method.

3. The method for manufacturing a power module substrate according to claim 1 , wherein the active metal is one or more elements selected from Ti, Hf, Zr, and Nb.

Cu is contained in the brazing filler metal layer, and the mixing ratio of the Ag and the Cu is such that Ag is 100 parts by weight and Cu is more than 1 and 100 parts by weight or less. The manufacturing method of the board | substrate for power modules as described in any one of Claim 1 to 3 .

The method for manufacturing a power module substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein a resin layer is laminated on one surface of the brazing material layer.

6. The method for manufacturing a power module substrate according to claim 5, wherein the total thickness of the brazing material layer and the resin layer is 300 [mu] m or less.