JP6264150B2 - Power module substrate and power module substrate with heat sink - Google Patents

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JP6264150B2 JP2014070471A JP2014070471A JP6264150B2 JP 6264150 B2 JP6264150 B2 JP 6264150B2 JP 2014070471 A JP2014070471 A JP 2014070471A JP 2014070471 A JP2014070471 A JP 2014070471A JP 6264150 B2 JP6264150 B2 JP 6264150B2
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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及びヒートシンク付パワーモジュール用基板に関する。   The present invention relates to a power module substrate and a power module substrate with a heat sink used in a semiconductor device that controls a large current and a high voltage.

従来のパワーモジュール基板として、セラミックス基板の一方の面に回路層が積層されるとともに、他方の面に金属層が積層されたものが知られており、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、金属層にヒートシンクが接合されることにより、パワーモジュールとして用いられる。   Conventional power module substrates are known in which a circuit layer is laminated on one surface of a ceramic substrate and a metal layer is laminated on the other surface, and an electronic circuit such as a semiconductor chip is formed on the circuit layer. A component is soldered and a heat sink is bonded to a metal layer, thereby being used as a power module.

この種のパワーモジュール用基板の製造方法では、セラミックス基板の一方の面にろう材を介して回路層を積層するとともに、セラミックス基板の他方の面にろう材を介して金属層を積層し、これらを積層方向に加圧した状態で加熱することにより、セラミックス基板と回路層及び金属層とを接合する。そして、金属層のセラミックス基板が接合されている面とは反対側の面に、ろう材を介してヒートシンクを積層し、積層方向に加圧するとともに加熱して、金属層とヒートシンクとを接合することにより、ヒートシンク付パワーモジュール用基板が製造される。   In this type of power module substrate manufacturing method, a circuit layer is laminated on one surface of a ceramic substrate via a brazing material, and a metal layer is laminated on the other surface of the ceramic substrate via a brazing material. Are heated in a state of being pressed in the laminating direction, thereby bonding the ceramic substrate, the circuit layer, and the metal layer. Then, a heat sink is laminated on the surface opposite to the surface on which the ceramic substrate of the metal layer is bonded via a brazing material, and the metal layer and the heat sink are bonded by pressing and heating in the stacking direction. Thus, a power module substrate with a heat sink is manufactured.

また、金属層とヒートシンクとの接合方法としては、例えば特許文献1又は特許文献2に記載されるように、高価な設備が不要であり、比較的容易に安定したろう付けが可能なフッ化物系のフラックスを用いたフラックスろう付け法が適用されている。
このフラックスろう付け法では、フッ化物系のフラックスをろう材面に塗布してろう材面の酸化物を除去することにより、パワーモジュール用基板とヒートシンクとを非酸化性雰囲気中で加熱して接合することができる。
Moreover, as a joining method of a metal layer and a heat sink, as described in, for example, Patent Document 1 or Patent Document 2, an expensive facility is unnecessary, and a fluoride system that can be relatively easily and stably brazed. The flux brazing method using the flux is applied.
In this flux brazing method, the power module substrate and the heat sink are heated and joined in a non-oxidizing atmosphere by applying a fluoride-based flux to the brazing material surface to remove the oxide on the brazing material surface. can do.

特開2012‐28472号公報JP 2012-28472 A 特開2012‐49436号公報JP 2012-49436 A

ところが、金属層とヒートシンクとの接合にフラックスを用いたろう付け法を用いると、フラックスの余剰分が放熱層の側面を伝って、もしくはフラックスが蒸発して、セラミックス基板と金属層との接合部を浸食し、接合部に剥離を生じさせるそれがある。   However, when a brazing method using a flux is used to join the metal layer and the heat sink, the excess flux travels along the side surface of the heat dissipation layer, or the flux evaporates, and the joint between the ceramic substrate and the metal layer is formed. It can erode and cause debonding at the joint.

そこで、特許文献1では、金属層の側面に多孔質部を設けておき、フラックスの余剰分を金属層の側面を伝わる際に多孔質部に吸収させることで、接合部へのフラックスの到達を防止することが提案されている。また、特許文献2では、金属層の側面に設けた高酸素濃度部とフラックスとを反応させることにより、セラミックス基板と金属層との接合へのフラックスの到達を防止することが提案されている。
しかし、金属層の側面を伝うフラックスの到達を防止することができるとしても、加熱炉内などの閉じられた空間においては、蒸発したフラックスがセラミックス基板と金属層との接合部へ接触することを完全に防ぐことは難しく、接合部の剥離を確実に防止することは困難である。
Therefore, in Patent Document 1, a porous portion is provided on the side surface of the metal layer, and the flux reaches the joint by absorbing the excess flux to the porous portion when traveling along the side surface of the metal layer. It has been proposed to prevent. Patent Document 2 proposes preventing the flux from reaching the joint between the ceramic substrate and the metal layer by reacting the high oxygen concentration portion provided on the side surface of the metal layer with the flux.
However, even if it is possible to prevent the flux from reaching the side surface of the metal layer, in a closed space such as in a heating furnace, the evaporated flux should not contact the junction between the ceramic substrate and the metal layer. It is difficult to prevent completely, and it is difficult to reliably prevent peeling of the joint.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、セラミックス基板と金属層との接合部に剥離を生じさせることなく金属層とヒートシンクとを接合して、接合信頼性を高めることができるパワーモジュール用基板及びヒートシンク付パワーモジュール用基板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 it is possible to increase the bonding reliability by bonding the metal layer and the heat sink without causing separation at the bonding portion between the ceramic substrate and the metal layer. An object is to provide a power module substrate and a power module substrate with a heat sink.

本発明は、セラミックス基板の一方の面に回路層が形成され、他方の面に金属層がろう付け接合されたパワーモジュール用基板であって、前記金属層の側面から延出するつば部が該金属層の側面の全周にわたって形成されており、前記つば部は、前記金属層の側面と接続された基端部から先端部までの延出長さが、前記金属層の側面と前記基端部との接続位置から前記金属層の前記セラミックス基板への接合面とは反対面までの距離よりも大きく設けられ、前記つば部の先端部が前記金属層の前記反対面の周縁を覆うように設けられていることを特徴とする。 The present invention provides a power module substrate in which a circuit layer is formed on one surface of a ceramic substrate and a metal layer is brazed and bonded to the other surface, and a collar portion extending from a side surface of the metal layer has the rib portion. It is formed over the entire circumference of the side surface of the metal layer, and the flange portion has an extension length from the base end portion connected to the side surface of the metal layer to the tip end portion, and the side surface of the metal layer and the base end So that the tip of the collar portion covers the periphery of the opposite surface of the metal layer. It is provided .

金属層の側面に設けられたつば部は、金属層とヒートシンクとの接合時において、金属層とヒートシンクとの接合部の周縁を覆うようにして被せられた状態で配置される。これにより、金属層とヒートシンクとの接合部から流れ出たフラックスだけではなく、蒸発したフラックスを、金属層の側面及びつば部とヒートシンクとにより囲まれた空間部内に閉じ込めることができ、フラックスがセラミックス基板と金属層との接合部に侵入することを防止することができる。
したがって、セラミックス基板と金属層との接合部に剥離を生じさせることなく、金属層とヒートシンクとを接合することができ、パワーモジュール用基板の接合信頼性を高めることができる。
なお、金属層のつば部は、金属層とヒートシンクとの接合時において、その金属層とヒートシンクとの接合部の周縁を覆うようにして被せられた状態に配置することが可能であればよい。例えば、金属層をセラミックス基板と接合する前の状態では、つば部を金属層の側面に対して垂直に延出された状態に形成しておく。そして、セラミックス基板と金属層との接合時の加熱により、つば部は自重によって先端部側が垂れ下がった状態になることにより、金属層とヒートシンクとの接合部の周縁を覆うスカート状に設けることもできる。また、予めプレス加工により、つば部をヒートシンクとの接合面側に折り曲げた状態に変形させておくこともできる。
The collar portion provided on the side surface of the metal layer is disposed in a state of covering the periphery of the joint portion between the metal layer and the heat sink when the metal layer and the heat sink are joined. As a result, not only the flux that flows out from the joint between the metal layer and the heat sink, but also the evaporated flux can be confined in the space surrounded by the side surface of the metal layer and the flange portion and the heat sink, and the flux is a ceramic substrate. Intrusion into the joint between the metal layer and the metal layer can be prevented.
Therefore, the metal layer and the heat sink can be bonded without causing separation at the bonded portion between the ceramic substrate and the metal layer, and the bonding reliability of the power module substrate can be improved.
It should be noted that the brim portion of the metal layer only needs to be arranged so as to cover the periphery of the joint portion between the metal layer and the heat sink when the metal layer and the heat sink are joined. For example, in a state before the metal layer is bonded to the ceramic substrate, the collar portion is formed in a state extending perpendicularly to the side surface of the metal layer. And, by heating at the time of bonding the ceramic substrate and the metal layer, the collar portion can be provided in a skirt shape that covers the periphery of the bonding portion between the metal layer and the heat sink by the tip portion side hanging down by its own weight. . Further, the collar portion can be deformed in advance into a state where the collar portion is bent toward the joint surface with the heat sink.

そして、本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板は、上記のパワーモジュール用基板の前記金属層にヒートシンクがろう付け接合され、前記つば部の先端部が前記ヒートシンクに接触していることを特徴とする。   The power module substrate with a heat sink according to the present invention is characterized in that a heat sink is brazed and joined to the metal layer of the power module substrate, and a tip portion of the collar portion is in contact with the heat sink. .

本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板において、前記つば部と前記金属層の側面と前記ヒートシンクとに囲まれる空間部を埋めるようにしてろう材が設けられているとよい。
金属層とヒートシンクとの接合時において、金属層の側面及びつば部とヒートシンクとで囲まれた空間部内にろう材を留めることができるので、このろう材が充填された状態で金属層とヒートシンクとを接合することができる。したがって、金属層とヒートシンクとの接触面積を増加させることができ、放熱性を向上させることができる。
In the power module substrate with a heat sink of the present invention, it is preferable that a brazing material is provided so as to fill a space portion surrounded by the flange portion, the side surface of the metal layer, and the heat sink.
At the time of joining the metal layer and the heat sink, the brazing material can be fastened in the space surrounded by the side surface of the metal layer and the flange portion and the heat sink, so that the metal layer and the heat sink are filled with the brazing material. Can be joined. Therefore, the contact area between the metal layer and the heat sink can be increased, and heat dissipation can be improved.

本発明によれば、セラミックス基板と金属層との接合部にフラックスが侵入することを防止することができるので、セラミックス基板と金属層との接合部に剥離を生じさせることなく金属層とヒートシンクとを接合することができ、パワーモジュール用基板の接合信頼性を高めることができる。   According to the present invention, the flux can be prevented from entering the bonded portion between the ceramic substrate and the metal layer, so that the metal layer and the heat sink can be separated without causing separation at the bonded portion between the ceramic substrate and the metal layer. The bonding reliability of the power module substrate can be improved.

本発明に係る実施形態のパワーモジュール用基板を用いて製造されたパワーモジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the power module manufactured using the board | substrate for power modules of embodiment which concerns on this invention. ヒートシンク付パワーモジュール用基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the board | substrate for power modules with a heat sink. パワーモジュール用基板の製造方法を説明する断面図であって、(a)各部材の接合前、(b)が接合後の状態を示す。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the board | substrate for power modules, Comprising: (a) Before joining of each member, (b) shows the state after joining. 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断面図であって、(a)がパワーモジュール用基板とヒートシンクとの接合前、(b)が接合後の状態を示す。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the board | substrate for power modules with a heat sink, Comprising: (a) is before joining of a power module board | substrate and a heat sink, (b) shows the state after joining.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態のパワーモジュール用基板10を用い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、パワーモジュール用基板10の表面に搭載された半導体チップ等の電子部品20と、裏面に取り付けられたヒートシンク30とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a power module 1 using a power module substrate 10 according to an embodiment of the present invention. The power module 1 of FIG. 1 includes an electronic component 20 such as a semiconductor chip mounted on the front surface of a power module substrate 10 and a heat sink 30 attached to the back surface.

また、パワーモジュール用基板10は、セラミックス基板11と、セラミックス基板11の一方の面に積層された回路層12と、セラミックス基板11の他方の面に積層された金属層13とを備え、これらセラミックス基板11と回路層12及び金属層13とは、ろう付け接合されている。そして、このパワーモジュール用基板10の金属層13の表面にヒートシンク30が接合されることにより、ヒートシンク付パワーモジュール用基板50が構成される。なお、ヒートシンク付パワーモジュール用基板50の回路層12の表面に、電子部品20がはんだ付けされ、パワーモジュール1が構成される。   The power module substrate 10 includes a ceramic substrate 11, a circuit layer 12 laminated on one surface of the ceramic substrate 11, and a metal layer 13 laminated on the other surface of the ceramic substrate 11. The substrate 11, the circuit layer 12, and the metal layer 13 are brazed and joined. Then, the power module substrate 50 with heat sink is configured by bonding the heat sink 30 to the surface of the metal layer 13 of the power module substrate 10. The electronic module 20 is soldered to the surface of the circuit layer 12 of the power module substrate 50 with a heat sink to configure the power module 1.

セラミックス基板11は、AlN(窒化アルミニウム)、Si(窒化珪素)、Al(アルミナ)等のセラミックス材料により形成され、例えば0.2mm〜1mmの厚みとされる。
回路層12は、純度99.00質量%以上の純アルミニウム又はアルミニウム合金もしくはA3003等の純度95質量%以上のアルミニウム合金、もしくは無酸素銅やタフピッチ銅等の純銅又は純合金により形成され、例えば0.1mm〜3mmの厚みとされる。
The ceramic substrate 11 is formed of a ceramic material such as AlN (aluminum nitride), Si 3 N 4 (silicon nitride), Al 2 O 3 (alumina), and has a thickness of 0.2 mm to 1 mm, for example.
The circuit layer 12 is formed of pure aluminum having a purity of 99.00% by mass or more, an aluminum alloy, an aluminum alloy having a purity of 95% by mass or more such as A3003, or pure copper or a pure alloy such as oxygen-free copper or tough pitch copper. The thickness is set to 1 mm to 3 mm.

金属層13は、純度99.00質量%以上の純アルミニウム、アルミニウム合金又は純度95質量%以上のアルミニウム合金により形成されており、例えば0.4mm〜1.6mmの厚みとされる。また、金属層13の側面13aの厚み方向の中央部には、その側面13aから延出して設けられるつば部15が、金属層13の側面13aの全周にわたって形成されている。つば部15は、金属層13の両面から離れて形成されており、金属層13の厚みよりも薄く設けられ、例えば0.2mm〜0.4mmの厚みに形成される。また、つば部15は、図2に示すように、金属層13の側面13aと接続された基端部から先端部までの延出長さ15Lが、金属層13の側面13aと基端部との接続位置から金属層13のセラミックス基板11への接合面とは反対面までの距離13Mよりも大きく設けられている。なお、金属層13の側面13aとつば部15の基端部との接続位置は、つば部15の厚み方向の中心位置を基準とする。すなわち、距離13Mは、金属層13のセラミックス基板11への接合面とは反対面から、つば部15の基端部の厚み方向における中心位置までの距離である。   The metal layer 13 is made of pure aluminum having a purity of 99.00% by mass or more, an aluminum alloy, or an aluminum alloy having a purity of 95% by mass or more, and has a thickness of 0.4 mm to 1.6 mm, for example. In addition, a flange portion 15 extending from the side surface 13 a is formed at the central portion in the thickness direction of the side surface 13 a of the metal layer 13 over the entire circumference of the side surface 13 a of the metal layer 13. The collar portion 15 is formed away from both surfaces of the metal layer 13, is provided thinner than the thickness of the metal layer 13, and is formed to a thickness of 0.2 mm to 0.4 mm, for example. Further, as shown in FIG. 2, the flange portion 15 has an extension length 15L from the base end portion connected to the side surface 13a of the metal layer 13 to the tip end portion, and the side surface 13a and the base end portion of the metal layer 13 The distance from the connecting position to the surface opposite to the bonding surface of the metal layer 13 to the ceramic substrate 11 is greater than 13M. The connection position between the side surface 13a of the metal layer 13 and the base end portion of the collar portion 15 is based on the center position of the collar portion 15 in the thickness direction. That is, the distance 13M is a distance from the surface opposite to the bonding surface of the metal layer 13 to the ceramic substrate 11 to the center position in the thickness direction of the base end portion of the collar portion 15.

そして、本実施形態のパワーモジュール用基板10における各部材の好ましい組み合わせ例としては、セラミックス基板11が厚み0.635mmのAlN、回路層12が厚み1mmの純アルミニウム板(純度99.99質量%以上の4N‐Al)、金属層13が厚み1.6mmのアルミニウム板で構成される。なお、セラミックス基板11と回路層12及び金属層13とは、Al−Si系、Al−Ge系、Al−Cu系、Al−Mg系、Al‐Si‐Mg系またはAl−Mn系等の合金のろう材により、ろう付け接合される。   And as a preferable combination example of each member in the board | substrate 10 for power modules of this embodiment, the ceramic board | substrate 11 is 0.635 mm-thick AlN, and the circuit layer 12 is 1 mm-thick pure aluminum board (purity 99.99 mass% or more 4N-Al), the metal layer 13 is made of an aluminum plate having a thickness of 1.6 mm. The ceramic substrate 11, the circuit layer 12, and the metal layer 13 are made of an alloy such as Al—Si, Al—Ge, Al—Cu, Al—Mg, Al—Si—Mg, or Al—Mn. The brazing material is brazed and joined.

また、ヒートシンク30は、アルミニウム合金により形成され、例えば6000番系のアルミニウム合金により厚み0.3mm以上5mm以下の平板状に形成される。そして、パワーモジュール用基板10の金属層13とヒートシンク30とは、例えばAl‐Si系合金のろう材により、ろう付け接合される。
なお、ヒートシンク30の形状は特に限定されるものではなく、平板状の放熱板、フィンが形成された平板状の放熱板等の適宜の形状のものが含まれる。
The heat sink 30 is formed of an aluminum alloy, for example, a flat plate having a thickness of 0.3 mm or more and 5 mm or less of a 6000 series aluminum alloy. Then, the metal layer 13 of the power module substrate 10 and the heat sink 30 are brazed and joined, for example, with a brazing material of an Al—Si alloy.
Note that the shape of the heat sink 30 is not particularly limited, and includes a heat sink having an appropriate shape such as a flat plate heat sink or a flat plate heat sink formed with fins.

次に、ヒートシンク付パワーモジュール用基板50の製造方法を説明する。
まず、図3(b)に示すように、セラミックス基板11に回路層12及び金属層13をろう付け接合する。具体的には、図3(a)に示すように、セラミックス基板11の両面に、それぞれろう材箔14を介在させて回路層12及び金属層13を積層し、これらの積層体を、図3(b)に示すように加圧した状態のまま真空中で加熱することにより、セラミックス基板11と回路層12及び金属層13とをろう付けして、パワーモジュール用基板10を製造する。なお、このろう付け温度は、アルミニウム及びアルミニウム合金の場合は620℃〜融点未満、純銅又は銅合金の場合には、620℃〜850℃に設定される。
Next, a method for manufacturing the power module substrate 50 with a heat sink will be described.
First, as shown in FIG. 3B, the circuit layer 12 and the metal layer 13 are brazed to the ceramic substrate 11. Specifically, as shown in FIG. 3A, the circuit layer 12 and the metal layer 13 are laminated on both surfaces of the ceramic substrate 11 with the brazing filler metal foil 14 interposed therebetween. As shown in (b), the ceramic substrate 11, the circuit layer 12, and the metal layer 13 are brazed by heating in a vacuum while being pressurized, and the power module substrate 10 is manufactured. The brazing temperature is set to 620 ° C. to less than the melting point in the case of aluminum and an aluminum alloy, and to 620 ° C. to 850 ° C. in the case of pure copper or a copper alloy.

そして、このセラミックス基板11と回路層12及び金属層13とを接合する際に、金属層13のつば部15が、図3(a)に示す垂直に延出した状態から、図3(b)に示すように先端部側が垂れ下がった状態に形成される。具体的には、セラミックス基板11と金属層13とを接合する前の状態では、図3(a)に示すように、つば部15は金属層13の側面13aに対して垂直に延出された状態に形成されている。ところが、セラミックス基板11と金属層13との接合の際に加熱されることで、図3(b)に示すように、つば部15の先端部側が自重により垂れ下がる。この際、つば部15の延出長さ15Lが、金属層13の側面13aと基端部との接続位置から金属層13のセラミックス基板11への接合面とは反対面までの距離13Mよりも大きく設けられていることから、つば部15の先端部が加圧治具80の表面と接触して、つば部15の内側に空間部17を形成しつつ、つば部15は金属層13の下面(反対面)の周縁を覆うようにスカート状に設けられる。   When the ceramic substrate 11 is joined to the circuit layer 12 and the metal layer 13, the flange portion 15 of the metal layer 13 extends from the vertically extending state shown in FIG. As shown in FIG. 2, the tip end side is formed in a suspended state. Specifically, in a state before joining the ceramic substrate 11 and the metal layer 13, the collar portion 15 extends perpendicularly to the side surface 13 a of the metal layer 13 as shown in FIG. It is formed in a state. However, by heating at the time of joining the ceramic substrate 11 and the metal layer 13, as shown in FIG. 3B, the tip end side of the collar portion 15 hangs down by its own weight. At this time, the extension length 15L of the collar portion 15 is longer than the distance 13M from the connection position between the side surface 13a of the metal layer 13 and the base end portion to the surface opposite to the bonding surface of the metal layer 13 to the ceramic substrate 11. Since the flange portion 15 is provided large, the tip portion of the collar portion 15 comes into contact with the surface of the pressurizing jig 80 to form the space portion 17 inside the collar portion 15, and the collar portion 15 is the lower surface of the metal layer 13. It is provided in a skirt shape so as to cover the periphery of the (opposite surface).

次に、このように構成されたパワーモジュール用基板10とヒートシンク30とをフラックスを用いてろう付け接合する。具体的には、フッ化物系(KAlF、KAlF、KAlF等)のフラックスをろう材面に塗布してろう材面の酸化物を除去し、非酸化性雰囲気(例えばN雰囲気)で580℃〜620℃に加熱して接合する。このときフラックスを塗布する領域は、つば部15の外周より内側となるようにする。なお、パワーモジュール用基板10の金属層13とヒートシンク30とを接合するろう材は、ヒートシンク30の表面に予めクラッドされているか、図4(a)に示すように、ろう材箔16の形態でヒートシンク30に重ねられることにより供給される。 Next, the power module substrate 10 thus configured and the heat sink 30 are brazed and bonded using a flux. Specifically, fluoride (KAlF 4 , K 2 AlF 5 , K 3 AlF 6, etc.) flux is applied to the brazing material surface to remove the oxide on the brazing material surface, and a non-oxidizing atmosphere (for example, N 2 atmospheres) and heated to 580 to 620 ° C. for bonding. At this time, the region where the flux is applied is set to be inside the outer periphery of the flange portion 15. The brazing material for joining the metal layer 13 of the power module substrate 10 and the heat sink 30 is clad in advance on the surface of the heat sink 30 or in the form of a brazing material foil 16 as shown in FIG. It is supplied by being superimposed on the heat sink 30.

そして、このパワーモジュール用基板10とヒートシンク30との接合の際に、パワーモジュール用基板10とヒートシンク30とを積層すると、金属層13のつば部15の先端部がヒートシンク30と接触することにより、つば部15が金属層13とヒートシンク30との接合部の周縁を覆うようにして被せられた状態で配置される。これにより、図4(b)に示すように、金属層13の側面13a及びつば部15とヒートシンク30とにより、金属層13とヒートシンク30との接合部の周縁を囲む空間部17が形成される。したがって、金属層13とヒートシンク30との接合時において、余剰分のフラックスが流れ出した際に、フラックスが金属層13の側面13aを伝って這い上がろうとしても、つば部15で塞き止めることができ、フラックスを空間部17内に閉じ込めることができる。また、空間部17では、流れ出たフラックスだけではなく、蒸発したフラックスも閉じ込めることができるので、フラックスがセラミックス基板11と金属層13との接合部に侵入することを防止することができる。   When the power module substrate 10 and the heat sink 30 are laminated when the power module substrate 10 and the heat sink 30 are joined, the tip of the collar portion 15 of the metal layer 13 comes into contact with the heat sink 30. The collar portion 15 is arranged in a state of being covered so as to cover the periphery of the joint portion between the metal layer 13 and the heat sink 30. As a result, as shown in FIG. 4B, a space portion 17 surrounding the periphery of the joint portion between the metal layer 13 and the heat sink 30 is formed by the side surface 13 a and the flange portion 15 of the metal layer 13 and the heat sink 30. . Therefore, when the metal layer 13 and the heat sink 30 are joined, when the excess flux flows out, the flux 15 is blocked by the flange portion 15 even if it tries to scoop up along the side surface 13a of the metal layer 13. The flux can be confined in the space 17. Moreover, since not only the flux that has flowed out but also the evaporated flux can be confined in the space portion 17, it is possible to prevent the flux from entering the joint between the ceramic substrate 11 and the metal layer 13.

このように、本実施形態のパワーモジュール用基板10及びヒートシンク付パワーモジュール用基板50では、セラミックス基板11と金属層13との接合部にフラックスが侵入することを防止することができるので、セラミックス基板11と金属層13との接合部に剥離を生じさせることなく、パワーモジュール用基板10とヒートシンク30とを接合することができ、パワーモジュール用基板10の接合信頼性を高めることができる。   As described above, in the power module substrate 10 and the power module substrate 50 with the heat sink of the present embodiment, the flux can be prevented from entering the joint portion between the ceramic substrate 11 and the metal layer 13. The power module substrate 10 and the heat sink 30 can be bonded to each other without causing separation at the bonding portion between the metal layer 13 and the metal layer 13, and the bonding reliability of the power module substrate 10 can be improved.

なお、金属層13の側面13a及びつば部15とヒートシンク30とで囲まれた空間部17は、余剰分のフラックスが空間部17の外部へ流出するのを防ぐために、接合面から流れ出すフラックスの量に対して十分な空間を確保できる大きさに形成されている。このため、フラックスが空間部17の外部に流出して、セラミックス基板11と金属層13との接合部に侵入することはない。
また、金属層13とヒートシンク30との接合時において、空間部17内にろう材を留めることができるので、このろう材が充填された状態で金属層13とヒートシンク30とが接合されることで、つば部15とヒートシンク30ともろう付けされた状態となる。したがって、金属層13とヒートシンク50との接触面積を増加させることができ、放熱性を向上させることができる。
Note that the space portion 17 surrounded by the side surface 13a of the metal layer 13 and the flange portion 15 and the heat sink 30 has an amount of flux that flows out from the joint surface in order to prevent excess flux from flowing out of the space portion 17. The size is sufficient to ensure a sufficient space. For this reason, flux does not flow out of the space portion 17 and enter the joint portion between the ceramic substrate 11 and the metal layer 13.
In addition, when the metal layer 13 and the heat sink 30 are joined, the brazing material can be fastened in the space portion 17, so that the metal layer 13 and the heat sink 30 are joined in a state where the brazing material is filled. The flange portion 15 and the heat sink 30 are also brazed. Therefore, the contact area between the metal layer 13 and the heat sink 50 can be increased, and heat dissipation can be improved.

また、上記実施形態では、金属層13のつば部15を、パワーモジュール用基板10の製造時における加熱により、スカート状に設けることとしたが、金属層13のつば部15は、金属層13(パワーモジュール用基板10)とヒートシンク30との接合時において、その先端部をヒートシンク30に接触させることにより、金属層13とヒートシンク30との接合部の周縁を覆うようにして被せられた状態に配置することが可能であればよい。
例えば、プレス加工により、予め金属層13のつば部15をヒートシンク30との接合面側に折り曲げた状態に変形させておくことで、セラミックス基板11との接合前にスカート状に形成しておくこともできる。
Moreover, in the said embodiment, although the collar part 15 of the metal layer 13 was provided in the skirt shape by the heating at the time of manufacture of the board | substrate 10 for power modules, the collar part 15 of the metal layer 13 is provided with the metal layer 13 ( When the power module substrate 10) and the heat sink 30 are joined, the tip of the power module substrate 10 is placed in contact with the heat sink 30 so as to cover the periphery of the joint between the metal layer 13 and the heat sink 30. It only needs to be possible.
For example, the flange portion 15 of the metal layer 13 is deformed in advance into a state of being bent to the joint surface side with the heat sink 30 by press working, so that it is formed in a skirt shape before joining with the ceramic substrate 11. You can also.

なお、本発明は、上記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、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 thing of the structure of the said embodiment, In a detailed structure, it is possible to add a various change in the range which does not deviate from the meaning of this invention.

1 パワーモジュール
10 パワーモジュール用基板
12 回路層
13 金属層
13a 側面
14 ろう材箔
15 つば部
16 ろう材箔
17 空間部
20 電子部品
30 ヒートシンク
50 ヒートシンク付パワーモジュール用基板
80 加圧治具
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power module 10 Power module board | substrate 12 Circuit layer 13 Metal layer 13a Side surface 14 Brazing material foil 15 Brim part 16 Brazing material foil 17 Space part 20 Electronic component 30 Heat sink 50 Power module board 80 with a heat sink Pressure jig

Claims (3)

セラミックス基板の一方の面に回路層が形成され、他方の面に金属層がろう付け接合されたパワーモジュール用基板であって、前記金属層の側面から延出するつば部が該金属層の側面の全周にわたって形成されており、前記つば部は、前記金属層の側面と接続された基端部から先端部までの延出長さが、前記金属層の側面と前記基端部との接続位置から前記金属層の前記セラミックス基板への接合面とは反対面までの距離よりも大きく設けられ、前記つば部の先端部が前記金属層の前記反対面の周縁を覆うように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。 A power module substrate in which a circuit layer is formed on one surface of a ceramic substrate and a metal layer is brazed to the other surface, and a collar portion extending from a side surface of the metal layer is a side surface of the metal layer The flange portion extends from the base end portion connected to the side surface of the metal layer to the tip end portion, and the connection between the side surface of the metal layer and the base end portion is formed. It is provided to be larger than the distance from the position to the surface opposite to the surface of the metal layer bonded to the ceramic substrate, and the tip of the collar portion is provided so as to cover the periphery of the opposite surface of the metal layer . A power module substrate. 請求項1記載のパワーモジュール用基板の前記金属層にヒートシンクがろう付け接合され、前記つば部の先端部が前記ヒートシンクに接触して設けられていることを特徴とするヒートシンク付パワーモジュール用基板。   2. A power module substrate with a heat sink, wherein a heat sink is brazed and joined to the metal layer of the power module substrate according to claim 1, and a tip portion of the collar portion is provided in contact with the heat sink. 前記つば部と前記金属層の側面と前記ヒートシンクとに囲まれる空間部を埋めるようにしてろう材が設けられていることを特徴とする請求項2に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板。   3. The power module substrate with a heat sink according to claim 2, wherein a brazing material is provided so as to fill a space surrounded by the flange portion, the side surface of the metal layer, and the heat sink.
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