JP6455056B2 - Manufacturing method and pressure device for power module substrate with heat sink - Google Patents

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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ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法及び加圧装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a power module substrate with a heat sink and a pressurizing device used in a semiconductor device that controls a large current and a high voltage.

車載用パワーモジュールには、例えば、特許文献1に示すように、窒化アルミニウムを始めとするセラミックス基板の一方の面上にアルミニウム層が接合されるとともに、セラミックス基板の他方の面にアルミニウム層を介して同じくアルミニウムからなるヒートシンクが接合されたヒートシンク付パワーモジュール用基板が用いられる。このヒートシンク付パワーモジュール用基板は、まずセラミックス基板の両面に、セラミックス基板と金属板との接合に適するろう材を介してアルミニウム層を積層し、所定の圧力で加圧しながら、そのろう材が溶融する温度以上まで加熱し、これによりセラミックス基板と両面のアルミニウム層とを接合させる。次に、セラミックス基板の他方の面上のアルミニウム層に、金属板とヒートシンクとの接合に適するろう材を介してヒートシンクを積層し、所定の圧力で加圧しながら、そのろう材が溶融する温度以上まで加熱し、これによりアルミニウム層とヒートシンクとを接合させる。また、このようなヒートシンク付パワーモジュール用基板では、セラミックス基板の一方の面上のアルミニウム層は回路層として形成され、回路層の上にはんだ材を介して半導体素子が接合される。   In an in-vehicle power module, for example, as shown in Patent Document 1, an aluminum layer is bonded to one surface of a ceramic substrate including aluminum nitride, and an aluminum layer is interposed on the other surface of the ceramic substrate. Similarly, a power module substrate with a heat sink to which a heat sink made of aluminum is bonded is used. In this power module substrate with a heat sink, an aluminum layer is first laminated on both sides of the ceramic substrate via a brazing material suitable for joining the ceramic substrate and the metal plate, and the brazing material melts while pressing at a predetermined pressure. It heats more than the temperature which carries out, and this joins a ceramic substrate and the aluminum layer of both surfaces. Next, a heat sink is laminated on the aluminum layer on the other surface of the ceramic substrate via a brazing material suitable for joining the metal plate and the heat sink, and the pressure exceeds a temperature at which the brazing material melts while pressing at a predetermined pressure. Until the aluminum layer and the heat sink are bonded. Further, in such a power module substrate with a heat sink, the aluminum layer on one surface of the ceramic substrate is formed as a circuit layer, and a semiconductor element is bonded onto the circuit layer via a solder material.

この種のパワーモジュール用基板において、回路層となる金属板に電気的特性に優れる銅を用い、ヒートシンクとなる金属板には、セラミックス基板との間の熱応力を緩和する目的でアルミニウムを用いる場合がある。
例えば、特許文献2には、セラミックス基板の一方側に回路層になる銅層を接合し、他方側にはアルミニウム層を介してヒートシンクをろう付けで接合したヒートシンク付パワーモジュール用基板が開示されている。
また、例えば、特許文献3には、セラミックス基板の両面にアルミニウム層をろう付けし、その後一方側に回路層になる銅層を積層し、他方側には金属層になる銅層とさらにアルミニウムからなるヒートシンクを積層して、それぞれを固相拡散接合してヒートシンク付パワーモジュール用基板を製造する方法が開示されている。
In this type of power module substrate, copper with excellent electrical characteristics is used for the metal plate that is the circuit layer, and aluminum is used for the metal plate that is the heat sink for the purpose of relieving the thermal stress between the ceramic substrate and the ceramic plate. There is.
For example, Patent Document 2 discloses a power module substrate with a heat sink in which a copper layer to be a circuit layer is bonded to one side of a ceramic substrate and a heat sink is bonded to the other side by brazing through an aluminum layer. Yes.
Also, for example, in Patent Document 3, an aluminum layer is brazed on both surfaces of a ceramic substrate, and then a copper layer that becomes a circuit layer is laminated on one side, and a copper layer that becomes a metal layer on the other side and further aluminum. A method of manufacturing a power module substrate with a heat sink by laminating heat sinks and solid-phase diffusion bonding each of them is disclosed.

特開2002−9212号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-9212 特開2013−229579号公報JP 2013-229579 A 特開2013−229545号公報JP2013-229545A

しかし、回路層に銅層を使用するヒートシンク付パワーモジュール用基板を製造する場合に特許文献2に記載の構成で製造すると、アルミニウムからなるヒートシンクとパワーモジュール用基板の接合時に、接合温度(約600℃)で回路層の銅層とアルミニウム層との熱膨張差起因の反りがパワーモジュール用基板に生じ、ヒートシンクとパワーモジュール用基板間に隙間による接合不良が発生し熱性能低下につながる問題があった。また、特許文献3に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板でも、パワーモジュール用基板を製造した後にヒートシンクを接合する場合は同様にヒートシンクとパワーモジュール用基板間に隙間による接合不良が発生して熱性能低下につながる問題がある。   However, when a power module substrate with a heat sink that uses a copper layer as a circuit layer is manufactured with the configuration described in Patent Document 2, a bonding temperature (about 600) is applied when the aluminum heat sink and the power module substrate are bonded. )), The warpage due to the difference in thermal expansion between the copper layer and the aluminum layer of the circuit layer occurs in the power module substrate, resulting in poor bonding due to a gap between the heat sink and the power module substrate. It was. In addition, even in the case of a power module substrate with a heat sink described in Patent Document 3, when a heat sink is joined after the power module substrate is manufactured, similarly, a bonding failure due to a gap occurs between the heat sink and the power module substrate. There is a problem that leads to a decline.

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、回路層に銅層を用いてもヒートシンクの接合時に、ヒートシンクとパワーモジュール用基板間に隙間を生じさせないことを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to prevent a gap from being generated between the heat sink and the power module substrate when the heat sink is joined even if a copper layer is used as the circuit layer.

本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法は、セラミックス基板の一方の面に少なくとも表面に銅層を有する回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面にアルミニウム層を含む金属層が接合されてなるパワーモジュール用基板の前記金属層に、アルミニウムからなるヒートシンクを接合してヒートシンク付パワーモジュール用基板を製造する方法であって、前記回路層を平板状のカーボンシートで押圧し、かつ、前記ヒートシンクの接合面を、ヒートシンク接合温度で生じるパワーモジュール用基板の前記金属層表面の反りに合わせ、凸形状に形成して接合する。 According to the method for manufacturing a power module substrate with a heat sink of the present invention, a circuit layer having a copper layer on at least a surface is bonded to one surface of a ceramic substrate, and an aluminum layer is included on the other surface of the ceramic substrate. Is a method of manufacturing a power module substrate with a heat sink by bonding a heat sink made of aluminum to the metal layer of the power module substrate to which the circuit layer is bonded, and pressing the circuit layer with a flat carbon sheet, And the joining surface of the said heat sink is formed in a convex shape according to the curvature of the said metal layer surface of the board | substrate for power modules produced at heat sink joining temperature, and it joins.

本発明では、ヒートシンク接合時の銅とアルミニウムとの熱膨張差により生じるパワーモジュール基板の金属層表面の反りに合わせ、ヒートシンク接合面を凸形状に形成して接合することで、パワーモジュール用基板とヒートシンクとの間に隙間を生ずることなく接合できる。   In the present invention, the heat module bonding surface is formed in a convex shape and bonded in accordance with the warp of the metal layer surface of the power module substrate caused by the thermal expansion difference between copper and aluminum during heat sink bonding. It can join without generating a gap between the heat sink.

この場合、本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法は、前記ヒートシンクの接合面とは反対面を、前記凸形状の押圧面を有する治具により押圧して前記ヒートシンクを前記金属層に接合するとよい。ヒートシンクをパワーモジュール基板の金属層表面の反りに合わせて反らせながら接合するのである。   In this case, in the method for manufacturing a power module substrate with a heat sink according to the present invention, the surface opposite to the bonding surface of the heat sink is pressed by a jig having the convex pressing surface to bond the heat sink to the metal layer. Good. The heat sink is joined while being warped in accordance with the warp of the metal layer surface of the power module substrate.

また、本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法は、予めヒートシンクの接合面を前記凸形状に形成しておき、そのヒートシンクをパワーモジュール基板に接合するようにしてもよい。   Moreover, the manufacturing method of the board | substrate for power modules with a heat sink of this invention WHEREIN: The joining surface of a heat sink may be previously formed in the said convex shape, and you may make it join the heat sink to a power module board | substrate.

また、本発明の加圧装置は、セラミックス基板の一方の面に少なくとも表面に銅層を有する回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面にアルミニウム層を含む金属層が接合されてなるパワーモジュール用基板の前記金属層に、アルミニウムからなるヒートシンクを接合してヒートシンク付パワーモジュール用基板を製造する際に用いられ、前記ヒートシンクの接合時に前記パワーモジュール用基板と前記ヒートシンクとの積層体を積層方向に加圧するための装置であって、前記回路層を押圧する平板状のカーボンシートと、前記ヒートシンクを押圧する治具と、を有し、該治具がヒートシンク接合温度で生じる前記パワーモジュール用基板の前記金属層表面の反りに合わせた凸形状の押圧面を有するとよい。 In the pressurizing device of the present invention, a circuit layer having at least a copper layer is bonded to one surface of a ceramic substrate, and a metal layer including an aluminum layer is bonded to the other surface of the ceramic substrate. The power module substrate is used to manufacture a power module substrate with a heat sink by joining a heat sink made of aluminum to the metal layer of the power module substrate, and a laminate of the power module substrate and the heat sink when the heat sink is joined. an apparatus for pressurizing the stacking direction has a flat carbon sheet for pressing the circuit layer, and the jig for pressing the heat sink, said power jig occurs at the heat sink junction temperature It is preferable to have a convex pressing surface that matches the warp of the metal layer surface of the module substrate.

本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法及び加圧装置によれば、銅層を回路層としたパワーモジュール用基板とヒートシンクとの良好な接合性が得られ、熱性能に優れたヒートシンク付パワーモジュール用基板を製造することができる。 According to the method for manufacturing a power module substrate with a heat sink and the pressurizing apparatus of the present invention, it is possible to obtain a good bondability between the power module substrate having a copper layer as a circuit layer and the heat sink, and to provide a heat sink with excellent thermal performance. A power module substrate can be manufactured.

本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板の第1実施形態の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of 1st Embodiment of the board | substrate for power modules with a heat sink of this invention in order of a process. 第1実施形態におけるヒートシンク接合工程時にパワーモジュール用基板とヒートシンクとを積み重ねた構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure which accumulated the board | substrate for power modules and the heat sink at the time of the heat sink joining process in 1st Embodiment. 本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板の第2実施形態の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of 2nd Embodiment of the board | substrate for power modules with a heat sink of this invention in order of a process. 本発明の第2実施形態における図2同様の断面図である。It is sectional drawing similar to FIG. 2 in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態における図2同様の断面図である。It is sectional drawing similar to FIG. 2 in 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態における図2同様の断面図である。It is sectional drawing similar to FIG. 2 in 4th Embodiment of this invention. パワーモジュール用基板の温度変化による反りの関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship of the curvature by the temperature change of the board | substrate for power modules. 本発明の製造方法の第1接合工程に用いる加圧装置の正面図である。It is a front view of the pressurizer used for the 1st joining process of the manufacturing method of the present invention. 本発明の製造方法のヒートシンク接合工程に用いる加圧装置の正面図である。It is a front view of the pressurization apparatus used for the heat sink joining process of the manufacturing method of the present invention.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図1(c)に示す第1実施形態のヒートシンク付パワーモジュール用基板14は、パワーモジュール用基板1とヒートシンク7aとを備えており、このヒートシンク付パワーモジュール用基板14の表面に半導体チップ等の電子部品13が搭載されることにより、パワーモジュール14が製造される。
パワーモジュール用基板1は、セラミックス基板2と、セラミックス基板2の一方の面に接合された回路層15と、セラミックス基板2の他方の面に接合された金属層4とを備える。そして、このパワーモジュール用基板1の回路層15の表面に電子部品13がはんだ付けされ、金属層4の表面にヒートシンク7aがろう付けされる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A power module substrate 14 with a heat sink of the first embodiment shown in FIG. 1C includes a power module substrate 1 and a heat sink 7a, and a semiconductor chip or the like is formed on the surface of the power module substrate 14 with a heat sink. The power module 14 is manufactured by mounting the electronic component 13.
The power module substrate 1 includes a ceramic substrate 2, a circuit layer 15 bonded to one surface of the ceramic substrate 2, and a metal layer 4 bonded to the other surface of the ceramic substrate 2. The electronic component 13 is soldered to the surface of the circuit layer 15 of the power module substrate 1, and the heat sink 7 a is brazed to the surface of the metal layer 4.

セラミックス基板2は、例えばAlN(窒化アルミニウム)、Si(窒化珪素)等の窒化物系セラミックス、もしくはAl(アルミナ)等の酸化物系セラミックスを用いることができる。また、セラミックス基板11の厚さは0.2〜1.5mmの範囲内に設定することができる。
回路層15は、セラミックス基板2の表面に接合されるアルミニウム層3と、アルミニウム層3の上に接合された銅層5との積層構造とされている。アルミニウム層3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)や純度99質量%以上のアルミニウム(いわゆる2Nアルミニウム)、またはA1050やA3003などのアルミニウム合金のアルミニウム板が用いられる。銅層5は無酸素銅やタフピッチ銅等の純銅又は銅合金の銅板が用いられる。これらの厚さは、アルミニウム層3が0.1mm以上3.0mm以下、銅層5が0.2mm以上5.0mm以下の範囲で選択される。
金属層4は、回路層15のアルミニウム層3と同様、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)や純度99質量%以上のアルミニウム(いわゆる2Nアルミニウム)、またはA1050やA3003などのアルミニウム合金のアルミニウム板が用いられる。厚さは0.1mm以上3.0mm以下の範囲で選択される。
本実施形態では、例えば、セラミックス基板2はSiで0.32mm、回路層15のアルミニウム層3は0.4mm、銅層5は2.0mm、金属層4は0.4mmの厚さとすればよい。
For the ceramic substrate 2, for example, nitride ceramics such as AlN (aluminum nitride) and Si 3 N 4 (silicon nitride), or oxide ceramics such as Al 2 O 3 (alumina) can be used. Moreover, the thickness of the ceramic substrate 11 can be set within a range of 0.2 to 1.5 mm.
The circuit layer 15 has a laminated structure of an aluminum layer 3 bonded to the surface of the ceramic substrate 2 and a copper layer 5 bonded on the aluminum layer 3. The aluminum layer 3 is made of aluminum having a purity of 99.99 mass% or more (so-called 4N aluminum), aluminum having a purity of 99 mass% or more (so-called 2N aluminum), or an aluminum alloy such as A1050 or A3003. The copper layer 5 is made of pure copper such as oxygen-free copper or tough pitch copper, or a copper alloy copper plate. These thicknesses are selected in the range of 0.1 mm to 3.0 mm for the aluminum layer 3 and 0.2 mm to 5.0 mm for the copper layer 5.
Similar to the aluminum layer 3 of the circuit layer 15, the metal layer 4 is aluminum having a purity of 99.99% by mass or more (so-called 4N aluminum), aluminum having a purity of 99% by mass or more (so-called 2N aluminum), or aluminum such as A1050 and A3003. An alloy aluminum plate is used. The thickness is selected in the range of 0.1 mm to 3.0 mm.
In the present embodiment, for example, the ceramic substrate 2 is Si 3 N 4 0.32 mm, the aluminum layer 3 of the circuit layer 15 is 0.4 mm, the copper layer 5 is 2.0 mm, and the metal layer 4 is 0.4 mm thick. do it.

また、このパワーモジュール用基板1に接合されるヒートシンク7aとしては、純度が99.0質量%未満で、JIS規格では、A3003,A6063,A5052等のアルミニウム合金板を用いることができる。なお、ヒートシンクとしては、平板状のもの、熱間鍛造等によって多数のピン状フィンを一体に形成したもの、押出形成によって相互に平行な帯状フィンを一体に形成したもの等、適宜の形状のものを採用することができる。
なお、ヒートシンク7aの厚さは0.4mm〜6.0mmとすることができる。
本実施形態では、ヒートシンク7aとして、A3003からなる厚さ1.0mmの平板状のものを用いた。
Moreover, as the heat sink 7a joined to this power module substrate 1, an aluminum alloy plate such as A3003, A6063, A5052 or the like can be used according to JIS standards with a purity of less than 99.0% by mass. Note that the heat sink has a suitable shape such as a flat plate, one in which a large number of pin-shaped fins are integrally formed by hot forging, etc., and one in which strip-like fins are formed in parallel by extrusion. Can be adopted.
In addition, the thickness of the heat sink 7a can be 0.4 mm-6.0 mm.
In this embodiment, a flat plate having a thickness of 1.0 mm made of A3003 is used as the heat sink 7a.

次に、このように構成されるヒートシンク付きパワーモジュール用基板14を製造する方法について説明する。このヒートシンク付きパワーモジュール用基板14は、セラミックス基板2と回路層15及び金属層4とを接合(第1接合工程)した後、金属層4にヒートシンク7aを接合(ヒートシンク接合工程)することにより製造される。以下、この工程順に説明する。   Next, a method for manufacturing the power module substrate 14 with the heat sink configured as described above will be described. The power module substrate 14 with a heat sink is manufactured by bonding the ceramic substrate 2, the circuit layer 15, and the metal layer 4 (first bonding step), and then bonding the heat sink 7 a to the metal layer 4 (heat sink bonding step). Is done. Hereinafter, it demonstrates in order of this process.

(第1接合工程)
まず、セラミックス基板2の一方の面にろう材16を介してアルミニウム層3を積層し、さらに、そのアルミニウム層3の上面に拡散防止層としてのチタン箔22を介して銅層5を積層し、他方の面にろう材16を介して金属層4を積層して、これらを一体に接合する。ろう材16は、Al−Si系等の合金で箔の形態で用いるとよい。チタン箔22の厚さは3μm以上40μm以下に設定されており、本実施形態では、10μmに設定されている。
具体的には、セラミックス基板2とアルミニウム層3及び金属層4とを図1(a)に示すようにろう材16を介して積層し、アルミニウム層3上面にチタン箔22を介して銅層5を積層し、この積層体を図8に示す加圧装置110を用いて積層方向に加圧した状態とする。
この加圧装置110は、ベース板111と、ベース板111の上面の四隅に垂直に取り付けられたガイドポスト112と、これらガイドポスト112の上端部に固定された固定板113と、これらベース板111と固定板113との間で上下移動自在にガイドポスト112に支持された押圧板114と、固定板113と押圧板114との間に設けられて押圧板114を下方に付勢するばね等の付勢手段115とを備えている。
固定板113および押圧板114は、ベース板111に対して平行に配置されており、ベース板111と押圧板114との間に前述の積層体Sが配置される。積層体Sの両面には加圧を均一にするためにクッションシート116が配設される。クッションシート116は、カーボンシートとグラファイトシートの積層板で設定されている。この加圧装置110により加圧した状態で、加圧装置110ごと図示略の加熱炉内に設置し、真空雰囲気下で接合温度に加熱してセラミックス基板2にアルミニウム層3と金属層4をろう付けするとともに、アルミニウム層3とチタン箔22、及び銅層5とチタン箔22を固相拡散接合し、パワーモジュール用基板1を形成する。この場合の加圧力としては例えば0.10MPa以上3.4MPa以下(1kgf/cm以上35kgf/cm以下)、加熱温度としては610℃以上650℃以下とされる。
(First joining process)
First, the aluminum layer 3 is laminated on one surface of the ceramic substrate 2 via the brazing material 16, and the copper layer 5 is laminated on the upper surface of the aluminum layer 3 via the titanium foil 22 as a diffusion preventing layer, The metal layer 4 is laminated on the other surface via the brazing material 16, and these are joined together. The brazing material 16 may be an Al—Si alloy or the like and used in the form of a foil. The thickness of the titanium foil 22 is set to 3 μm or more and 40 μm or less. In the present embodiment, the thickness is set to 10 μm.
Specifically, the ceramic substrate 2, the aluminum layer 3, and the metal layer 4 are laminated via a brazing material 16 as shown in FIG. 1A, and the copper layer 5 is placed on the upper surface of the aluminum layer 3 via a titanium foil 22. And the laminated body is pressed in the laminating direction using a pressurizing device 110 shown in FIG.
The pressure device 110 includes a base plate 111, guide posts 112 vertically attached to the four corners of the upper surface of the base plate 111, a fixed plate 113 fixed to the upper ends of the guide posts 112, and the base plates 111. A pressing plate 114 supported by a guide post 112 so as to freely move up and down between the fixing plate 113 and a spring provided between the fixing plate 113 and the pressing plate 114 to urge the pressing plate 114 downward. And urging means 115.
The fixed plate 113 and the pressing plate 114 are arranged in parallel to the base plate 111, and the above-described laminate S is arranged between the base plate 111 and the pressing plate 114. Cushion sheets 116 are disposed on both surfaces of the laminate S to make the pressure uniform. The cushion sheet 116 is set by a laminated plate of a carbon sheet and a graphite sheet. While being pressurized by the pressurizing device 110, the pressurizing device 110 and the pressurizing device 110 are placed in a heating furnace (not shown) and heated to a bonding temperature in a vacuum atmosphere to solder the aluminum layer 3 and the metal layer 4 onto the ceramic substrate 2. At the same time, the aluminum layer 3 and the titanium foil 22 and the copper layer 5 and the titanium foil 22 are solid phase diffusion bonded to form the power module substrate 1. The pressure The pressure for example 0.10MPa or more when 3.4MPa or less (1 kgf / cm 2 or more 35 kgf / cm 2 or less), the heating temperature is between 650 ° C. or less 610 ° C. or higher.

(ヒートシンク接合工程)
第1接合工程により得られたパワーモジュール用基板1の金属層4に、図1(b)に示すように、クラッド材6を介してヒートシンク7aを積層する。
このクラッド材6は、アルミニウム合金(A3003)からなる芯材の両面にAl−Si−Mg系のろう材層が形成されたものである。
そして、これらの積層体を図9に示す加圧装置120を用いて積層方向に加圧(0.001MPa〜0.5MPa)して例えば600℃に加熱する。この時、パワーモジュール用基板1の銅層5の表面にはカーボンシート116aとグラファイトシート116bとからなるクッションシート116を配置するが、ヒートシンク7aの下面にはカーボンシート117を介して凸形状治具(本発明の治具)8を用いる。この凸形状治具8は、ヒートシンク接合温度(600℃)で生じるパワーモジュール用基板の金属層4表面の反りに合わせヒートシンクの接合面とは反対面を押圧する治具であり、ステンレス鋼により構成され、その押圧面は凸形状に形成されている。
また、カーボンシート116a、117は、例えば、旭グラファイト株式会社製G−347(熱伝導率116W/mK、弾性率10.8GPa)を用いることができる。グラファイトシート116bは、例えば、旭グラファイト株式会社製T−5(熱伝導率75.4W/mK、弾性率11.4GPa)や東洋炭素工業株式会社製黒鉛シートPF(圧縮率47%、復元率14%)などを用いることができる。なお、第1接合工程で用いられるカーボンシート116a、117及びグラファイトシート116bも同様のものを用いることができる。
(Heat sink bonding process)
As shown in FIG. 1B, a heat sink 7 a is laminated on the metal layer 4 of the power module substrate 1 obtained by the first bonding process, as shown in FIG.
The clad material 6 has an Al—Si—Mg brazing material layer formed on both surfaces of a core material made of an aluminum alloy (A3003).
And these laminated bodies are pressurized (0.001 MPa-0.5 MPa) in the lamination direction using the pressurization apparatus 120 shown in FIG. 9, and are heated at 600 degreeC, for example. At this time, a cushion sheet 116 made of a carbon sheet 116a and a graphite sheet 116b is disposed on the surface of the copper layer 5 of the power module substrate 1, but a convex jig is disposed on the lower surface of the heat sink 7a via the carbon sheet 117. (Jig of the present invention) 8 is used. This convex jig 8 is a jig that presses the surface opposite to the bonding surface of the heat sink in accordance with the warp of the surface of the metal layer 4 of the power module substrate generated at the heat sink bonding temperature (600 ° C.), and is made of stainless steel. The pressing surface is formed in a convex shape.
As the carbon sheets 116a and 117, for example, G-347 manufactured by Asahi Graphite Co., Ltd. (thermal conductivity 116 W / mK, elastic modulus 10.8 GPa) can be used. The graphite sheet 116b is, for example, T-5 manufactured by Asahi Graphite Co., Ltd. (thermal conductivity 75.4 W / mK, elastic modulus 11.4 GPa) or graphite sheet PF manufactured by Toyo Carbon Industry Co., Ltd. (compression rate 47%, restoration rate 14). %) Or the like. Note that the carbon sheets 116a and 117 and the graphite sheet 116b used in the first bonding step can be the same.

このパワーモジュール用基板1の金属層4表面に生じる反りは、回路層15を構成する銅層5と、回路層15を構成するアルミニウム層3及び金属層4との熱膨張係数差によって発生するものである。図7は後述するように、パワーモジュール用基板1の温度変化による反り量の変化を測定した結果を示すグラフであり、ヒートシンク接合工程前の状態で回路層15を凹形状とする反りが生じており、ヒートシンク接合時に加熱されるとその加熱温度(600℃)では逆に回路層15を凸形状とする反りが生じる。
そこで、この凸形状治具8を用い加圧した状態で、加圧装置120ごと図示略の加熱炉内に設置し、窒素雰囲気中でろう付け温度に加熱してろう付けするのである。このろう付けの際、銅層5とアルミニウム層3との間に含有したチタン箔22は銅層5とアルミニウム層3の拡散を防止する。
The warp generated on the surface of the metal layer 4 of the power module substrate 1 is caused by a difference in thermal expansion coefficient between the copper layer 5 constituting the circuit layer 15 and the aluminum layer 3 and the metal layer 4 constituting the circuit layer 15. It is. FIG. 7 is a graph showing the result of measuring the change in the amount of warp due to the temperature change of the power module substrate 1 as will be described later, and the warp that causes the circuit layer 15 to have a concave shape occurs before the heat sink joining step. When heated at the time of heat sink bonding, the circuit layer 15 is warped in a convex shape at the heating temperature (600 ° C.).
Therefore, in a state where the convex jig 8 is pressurized, the pressurizing device 120 is placed in a heating furnace (not shown) and brazed by heating to a brazing temperature in a nitrogen atmosphere. At the time of brazing, the titanium foil 22 contained between the copper layer 5 and the aluminum layer 3 prevents the copper layer 5 and the aluminum layer 3 from diffusing.

このようにしてヒートシンク7aをパワーモジュール用基板1に接合することにより、ヒートシンク7aの接合面がパワーモジュール用基板1の金属層4表面に生じる反りに合わせて凸形状に形成されるので、パワーモジュール用基板1とヒートシンク7aをほぼ隙間なく接合することができる。   By joining the heat sink 7a to the power module substrate 1 in this way, the joint surface of the heat sink 7a is formed in a convex shape in accordance with the warp generated on the surface of the metal layer 4 of the power module substrate 1, so that the power module The substrate 1 and the heat sink 7a can be joined with almost no gap.

なお、図7のグラフについて説明を補足しておくと、測定に使用したパワーモジュール用基板1は、第1実施形態と同じ構成で回路層15の銅層5の厚さが2mmのものと、1.5mmのものとを用いた。
銅層5の厚さが2mmのものを、常温から300℃まで加熱し測定した結果を◆実線(Cut2mm加熱)で表し、300℃から常温まで冷却して測定した結果を同じく◆実線(Cut2mm冷却)で表している。
銅層5の厚さが1.5mmのものを、常温から300℃まで加熱し測定した結果を▲実線(Cut1.5mm加熱)で表し、300℃から常温まで冷却して測定した結果を×実線(Cut1.5mm冷却)で表している。また、これらの値から想定される300℃以上の温度における推定値を破線で表している。
In addition, to supplement the description of the graph of FIG. 7, the power module substrate 1 used for the measurement has the same configuration as the first embodiment, and the thickness of the copper layer 5 of the circuit layer 15 is 2 mm. A 1.5 mm one was used.
The result of heating and measuring a copper layer 5 having a thickness of 2 mm from normal temperature to 300 ° C. is represented by a solid line (Cut 2 mm heating), and the measurement result after cooling from 300 ° C. to normal temperature is the same as the solid line (Cut 2 mm cooling) ).
The result of heating and measuring a copper layer 5 having a thickness of 1.5 mm from room temperature to 300 ° C. is represented by a solid line (Cut 1.5 mm heating), and the measurement result after cooling from 300 ° C. to room temperature is a solid line. (Cut 1.5 mm cooling). Moreover, the estimated value in the temperature of 300 degreeC or more assumed from these values is represented with the broken line.

このグラフにおいて示されるパワーモジュール用基板1の反り量の測定結果(推定値を含む)から、銅層5の厚さがいずれの場合でも、パワーモジュール用基板1は常温では銅層5側に凹形状に反っているが、加熱をするに従いほぼ比例して反りが解消し、350℃から400℃付近で反りが無くなる。その温度を超えると逆に銅層5側に凸形状に反りはじめる。この例の場合、ヒートシンク7aのろう付け(ヒートシンク接合工程)時の接合温度である600℃付近の基板反り量は−400μmと推定され、後述する第2実施形態でヒートシンク7aを固相拡散接合(ヒートシンク接合工程)する場合の接合温度を500℃付近とした時の基板反り量は−200μmと推定される。   From the measurement results (including estimated values) of the warpage amount of the power module substrate 1 shown in this graph, the power module substrate 1 is concave on the copper layer 5 side at room temperature regardless of the thickness of the copper layer 5. Although it is warped in shape, the warpage is almost proportionally removed as it is heated, and the warpage disappears in the vicinity of 350 ° C to 400 ° C. On the contrary, when the temperature is exceeded, the copper layer 5 starts to warp in a convex shape. In the case of this example, the amount of substrate warpage around 600 ° C., which is the bonding temperature at the time of brazing (heat sink bonding process) of the heat sink 7a, is estimated to be −400 μm. The amount of substrate warpage when the bonding temperature in the heat sink bonding step) is about 500 ° C. is estimated to be −200 μm.

本第1実施形態で使用する凸形状治具8の凸形状に形成する凸部高さHは、上述のヒートシンク7aろう付け(ヒートシンク接合工程)の場合の接合温度である600℃付近の基板の推定反り量(図7では−400μm)に合わせて設定される。   The convex height H formed in the convex shape of the convex jig 8 used in the first embodiment is that of the substrate around 600 ° C., which is the bonding temperature in the above-described heat sink 7a brazing (heat sink bonding step). It is set in accordance with the estimated warpage amount (-400 μm in FIG. 7).

図3は第2実施形態の製造方法を工程順に示している。この実施形態において図1の第1実施形態と共通要素には同一符号を付している(以下の各実施形態においても同様)。
図3(b)に示す第2実施形態のパワーモジュール用基板21は、金属層20が回路層15と同様にアルミニウム層19と銅層12との積層構造になっており、金属層20の銅層12の下面にヒートシンク7aが厚さ方向に積層された状態で接合される。銅層12は、無酸素銅やタフピッチ銅等の純銅又は銅合金の銅板が用いられる。この銅層12の厚さは、0.1mmを超えて5.0mm以下の範囲で選択され、例えば、1.0mmとされる。アルミニウム層19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)や純度99質量%以上のアルミニウム(いわゆる2Nアルミニウム)、またはA1050やA3003などのアルミニウム合金のアルミニウム板が用いられる。このアルミニウム層19の厚さは、0.1mm以上3.0mm以下の範囲で選択され、例えば0.4mmとされる。
FIG. 3 shows the manufacturing method of the second embodiment in the order of steps. In this embodiment, the same reference numerals are given to the common elements as in the first embodiment of FIG. 1 (the same applies to the following embodiments).
In the power module substrate 21 of the second embodiment shown in FIG. 3B, the metal layer 20 has a laminated structure of an aluminum layer 19 and a copper layer 12 like the circuit layer 15. The heat sink 7a is bonded to the lower surface of the layer 12 in a state of being laminated in the thickness direction. The copper layer 12 is made of pure copper such as oxygen-free copper or tough pitch copper, or a copper plate of a copper alloy. The thickness of the copper layer 12 is selected in the range of more than 0.1 mm and 5.0 mm or less, for example, 1.0 mm. The aluminum layer 19 is made of aluminum having a purity of 99.99 mass% or more (so-called 4N aluminum), aluminum having a purity of 99 mass% or more (so-called 2N aluminum), or an aluminum alloy such as A1050 or A3003. The thickness of the aluminum layer 19 is selected in the range of 0.1 mm or more and 3.0 mm or less, for example, 0.4 mm.

この第2実施形態のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法は、まず第1接合工程において、セラミックス基板2の一方の面にろう材16を介してアルミニウム層3を積層し、さらに、アルミニウム層3の上面に拡散防止層としてのチタン箔22を介して銅層5を積層し、他方の面にろう材16を介してアルミニウム層19を積層し、さらにアルミニウム層19の下面にもチタン箔22を介して銅層12を積層して、これらを一体に接合する。これによりパワーモジュール用基板21が作製される。
ヒートシンク接合工程では第1接合工程により得られたパワーモジュール用基板21における銅層12にヒートシンク7aを積層し、銅層5上面にカーボンシート116aとグラファイトシート116bを、ヒートシンク7a下面にはカーボンシート117とさらにその下面に凸形状治具8を配置し、これらを積層方向に加圧して、真空雰囲気下で接合温度(400℃〜548℃、本実施形態では530℃)に加熱して固相拡散接合する。
In the method of manufacturing the power module substrate with a heat sink according to the second embodiment, first, in the first bonding step, the aluminum layer 3 is laminated on one surface of the ceramic substrate 2 via the brazing material 16, and further the aluminum layer 3 The copper layer 5 is laminated on the upper surface of the aluminum layer 19 via the titanium foil 22 as a diffusion preventing layer, the aluminum layer 19 is laminated on the other surface via the brazing material 16, and the titanium foil 22 is also applied to the lower surface of the aluminum layer 19. Then, the copper layer 12 is laminated, and these are joined together. As a result, the power module substrate 21 is manufactured.
In the heat sink joining step, the heat sink 7a is laminated on the copper layer 12 in the power module substrate 21 obtained in the first joining step, the carbon sheet 116a and the graphite sheet 116b are placed on the upper surface of the copper layer 5, and the carbon sheet 117 is placed on the lower surface of the heat sink 7a. Further, a convex jig 8 is arranged on the lower surface thereof, these are pressed in the laminating direction, and heated to a bonding temperature (400 ° C. to 548 ° C., 530 ° C. in the present embodiment) in a vacuum atmosphere to solid phase diffusion. Join.

また、本第2実施形態で使用する凸形状治具8の凸形状に形成する凸部高さHは、上述のヒートシンク7a固相拡散接合(ヒートシンク接合工程)の場合の接合温度が500℃付近とする基板推定反り量に合わせて設定される(例えば図7に示す−200μm)。   The convex height H formed in the convex shape of the convex jig 8 used in the second embodiment is such that the bonding temperature in the case of the above-described heat sink 7a solid phase diffusion bonding (heat sink bonding step) is around 500 ° C. Is set in accordance with the estimated substrate warpage amount (for example, −200 μm shown in FIG. 7).

このようにして製造されるヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、第1実施形態と同様に、パワーモジュール用基板1とヒートシンク7aはほぼ隙間なく接合することができる。
この第2実施形態は、セラミックス基板2の一方の面の回路層3,5と、セラミックス基板2の他方の面の金属層19,12の構成もしくは厚さが非対称の場合に反りが生じ易いので、特に有効である。
In the power module substrate with a heat sink manufactured in this manner, the power module substrate 1 and the heat sink 7a can be joined with almost no gap, as in the first embodiment.
In the second embodiment, since the circuit layers 3 and 5 on one surface of the ceramic substrate 2 and the metal layers 19 and 12 on the other surface of the ceramic substrate 2 are asymmetric in configuration or thickness, warping is likely to occur. Is particularly effective.

図5は第3実施形態を示している。
第1実施形態及び第2実施形態では、ヒートシンク7aの下面に当接されるカーボンシート117の下面に図2及び図4に示す凸形状治具8を用いたが、この第3実施形態では予めヒートシンク7b自体の形状を凸形状に成形している。その凸形状は、ヒートシンク7bの接合温度に加熱した時のパワーモジュール基板1の金属層4表面の推定反り量と同じ高さHとする。このヒートシンク7bは、鋳造で製造することでも、平板から削り加工によって形成しても良い。一方、ヒートシンク7bに当接するカーボンシート117は、回路層15に当接するカーボンシート116aと同様、平板状のものを配置してろう付け接合する。
FIG. 5 shows a third embodiment.
In the first embodiment and the second embodiment, the convex jig 8 shown in FIGS. 2 and 4 is used on the lower surface of the carbon sheet 117 in contact with the lower surface of the heat sink 7a. The shape of the heat sink 7b itself is formed into a convex shape. The convex shape has the same height H as the estimated warpage amount of the surface of the metal layer 4 of the power module substrate 1 when heated to the bonding temperature of the heat sink 7b. The heat sink 7b may be manufactured by casting or formed by cutting from a flat plate. On the other hand, the carbon sheet 117 in contact with the heat sink 7b is placed in a flat plate shape and brazed and joined in the same manner as the carbon sheet 116a in contact with the circuit layer 15.

このヒートシンク付きパワーモジュール用基板の製造方法においても、ヒートシンク7bの接合温度でパワーモジュール用基板1の金属層4表面に生じる反りに合わせてヒートシンク7b上面の接合面が凸形状に形成されているので、パワーモジュール用基板1とヒートシンク7bはほぼ隙間なく接合することができる。   Also in this method for manufacturing a power module substrate with a heat sink, the bonding surface on the upper surface of the heat sink 7b is formed in a convex shape in accordance with the warp generated on the surface of the metal layer 4 of the power module substrate 1 at the bonding temperature of the heat sink 7b. The power module substrate 1 and the heat sink 7b can be joined with almost no gap.

図6は第4実施形態を示している。
この第4実施形態では、ヒートシンク7a接合時にヒートシンク7aの下面に当接されるカーボンシートとして図6に示す凸形状のカーボンシート119を用い、その下面には平板のステンレス鋼118を配設した。その凸形状は、ヒートシンク7bの接合温度に加熱した時のパワーモジュール基板1の金属層4表面の推定反り量と同じ高さHとする。
FIG. 6 shows a fourth embodiment.
In the fourth embodiment, a convex carbon sheet 119 shown in FIG. 6 is used as a carbon sheet that comes into contact with the lower surface of the heat sink 7a when the heat sink 7a is joined, and flat stainless steel 118 is disposed on the lower surface. The convex shape has the same height H as the estimated warpage amount of the surface of the metal layer 4 of the power module substrate 1 when heated to the bonding temperature of the heat sink 7b.

このようにして製造されるヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、第1実施形態から第3実施形態と同様に、パワーモジュール用基板1とヒートシンク7aはほぼ隙間なく接合することができる。   In the power module substrate with a heat sink manufactured as described above, the power module substrate 1 and the heat sink 7a can be joined with almost no gap, as in the first to third embodiments.

本発明の効果の確認のために行った確認実験の結果について説明する。   The result of the confirmation experiment conducted for confirming the effect of the present invention will be described.

(実施例1〜3、比較例1〜3)
Siからなるセラミックス基板(40mm×40mm、厚さ:0.32mm)の一方の面にAl−Si系ろう材箔(厚さ12μm)、純度99質量%以上(2N)のアルミニウム板(37mm×37mm、厚さ:0.4mm)、チタン箔(厚さ:10μm)、無酸素銅からなる銅板(36mm×36mm、厚さ:実施例1、3及び比較例1〜3においては2.0mm、実施例2においては1.5mm)を積層するとともに、セラミックス基板の他方の面にAl−Si系ろう材箔(厚さ12μm)、純度99.99質量%以上(4N)アルミニウム板(37mm×37mm、厚さ:0.4mm)を積層し、積層方向に1.0MPaで加圧しながら645℃で加熱し、セラミックス基板に回路層及び金属層が形成されたパワーモジュール用基板を作製した。
A3003からなるヒートシンク(50mm×60mm、厚さ:1mm)と得られたパワーモジュール用基板の金属層との間にクラッド材(芯材:A3003(0.25mmt)、ろう材層(両面):Al−Si−Mg合金(0.025mmt))を介在させ、接合した。接合条件は窒素雰囲気下、接合温度600℃とし、接合荷重は表1記載の通りとした。なお、ヒートシンクを接合する際には、表1に記載した凸形状治具(ステンレス鋼製)を用いヒートシンクと凸形状治具との間に厚さ1mmのカーボンシートを介在させて接合した。また、比較例1においては、凸形状治具を使用せず、厚さ1mmのカーボンシートと厚さ1mmのグラファイトシートの積層板を介在させて接合した。
(実施例4)
Siからなるセラミックス基板(40mm×40mm、厚さ:0.32mm)の一方の面(回路層側)にAl−Si系ろう材箔(厚さ12μm)、純度99質量%以上(2N)のアルミニウム板(37mm×37mm、厚さ:0.4mm)、チタン箔(厚さ:10μm)、無酸素銅からなる銅板(36mm×36mm、厚さ:2.0mm)を積層するとともに、セラミックス基板の他方の面(金属層側)にAl−Si系ろう材箔(厚さ12μm)、純度99質量%以上(2N)のアルミニウム板(37mm×37mm、厚さ:0.4mm)、チタン箔(厚さ:10μm)、無酸素銅からなる銅板(36mm×36mm、厚さ:1mm)を積層し、積層方向に1.0MPaで加圧しながら645℃で加熱し、セラミックス基板に回路層及び金属層が形成されたパワーモジュール用基板を作製した。
A3003からなるヒートシンク(50mm×60mm、厚さ:1mm)と得られたパワーモジュール用基板の金属層(銅層)がヒートシンクと接触するよう積層して固相拡散接合した。接合条件は真空雰囲気下、接合温度530℃とし、接合荷重は表1記載の通りとした。なお、ヒートシンクを接合する際には、表1に記載した凸形状治具(ステンレス鋼製)を用い、ヒートシンクと凸形状治具との間に厚さ1mmのカーボンシートを介在させて接合した。
(Examples 1-3, Comparative Examples 1-3)
On one surface of a ceramic substrate (40 mm × 40 mm, thickness: 0.32 mm) made of Si 3 N 4 , an Al—Si brazing foil (thickness: 12 μm), an aluminum plate having a purity of 99% by mass or more (2N) ( 37 mm × 37 mm, thickness: 0.4 mm), titanium foil (thickness: 10 μm), copper plate made of oxygen-free copper (36 mm × 36 mm, thickness: in Examples 1, 3 and Comparative Examples 1-3, 2. 0 mm, 1.5 mm in Example 2), and an Al-Si brazing foil (thickness 12 μm), purity 99.99 mass% or more (4N) aluminum plate (37 mm) on the other surface of the ceramic substrate × 37 mm, thickness: 0.4 mm), heated at 645 ° C. while applying pressure of 1.0 MPa in the stacking direction, and a circuit board and a metal layer formed on a ceramic substrate. It was produced.
Clad material (core material: A3003 (0.25 mmt), brazing material layer (both sides): Al between the heat sink (50 mm × 60 mm, thickness: 1 mm) made of A3003 and the metal layer of the obtained power module substrate -Si-Mg alloy (0.025 mmt)) was interposed and joined. The bonding conditions were a nitrogen atmosphere, a bonding temperature of 600 ° C., and the bonding load as shown in Table 1. In addition, when joining the heat sink, the convex jig | tool (made from stainless steel) described in Table 1 was used, and the carbon sheet with a thickness of 1 mm was interposed between the heat sink and the convex jig. Further, in Comparative Example 1, a convex jig was not used, and a laminate of a 1 mm thick carbon sheet and a 1 mm thick graphite sheet was joined.
(Example 4)
Al-Si brazing foil (thickness 12 μm) on one surface (circuit layer side) of a ceramic substrate (40 mm × 40 mm, thickness: 0.32 mm) made of Si 3 N 4 , purity 99 mass% or more (2N ) Aluminum plate (37 mm × 37 mm, thickness: 0.4 mm), titanium foil (thickness: 10 μm), copper plate made of oxygen-free copper (36 mm × 36 mm, thickness: 2.0 mm) and ceramics Al—Si brazing foil (thickness 12 μm) on the other surface (metal layer side) of the substrate, aluminum plate (37 mm × 37 mm, thickness: 0.4 mm) with a purity of 99% by mass or more (2N), titanium foil (Thickness: 10 μm), a copper plate made of oxygen-free copper (36 mm × 36 mm, thickness: 1 mm) is laminated and heated at 645 ° C. while being pressurized at 1.0 MPa in the laminating direction. The power module substrate layer was formed was manufactured.
A heat sink made of A3003 (50 mm × 60 mm, thickness: 1 mm) and the metal layer (copper layer) of the obtained power module substrate were laminated so as to be in contact with the heat sink and solid phase diffusion bonded. The bonding conditions were as follows, in a vacuum atmosphere, at a bonding temperature of 530 ° C., and the bonding load as shown in Table 1. When joining the heat sink, a convex jig (made of stainless steel) described in Table 1 was used, and a carbon sheet having a thickness of 1 mm was interposed between the heat sink and the convex jig.

なお、基板高温推定反り量は図7のグラフ破線の推定値より求めたものである。
接合率は超音波画像測定機にて、ヒートシンクとパワーモジュール用基板との接合部を評価したもので、接合率(%)=接合良好部面積/接合面面積にて算出し、5個ずつ測定した平均値を表1に示す。
In addition, the board | substrate high temperature estimated curvature amount is calculated | required from the estimated value of the broken line of the graph of FIG.
The bonding rate was evaluated by using an ultrasonic image measuring machine to evaluate the bonded portion between the heat sink and the power module substrate. Calculate the bonding rate (%) = bonded good portion area / bonded surface area, and measure 5 pieces each. The average values obtained are shown in Table 1.

Figure 0006455056
Figure 0006455056

表1の実施例1から4は、パワーモジュール基板の推定反り量と凸形状治具の凸形状に形成する凸部高さHを同じ高さに設定し、ヒートシンク側から凸形状治具で押圧することで良好な接合率が得られている。
比較例1は、凸形状治具を使用せずカーボンシートとグラファイトシートの積層板を介して押圧した場合の結果であり、最も低い接合率であった。比較例2は、パワーモジュール基板1の推定反り量より凸形状治具の凸形状に形成する凸部高さHを低く設定してヒートシンク側下面から押圧した場合の結果であり、凸形状治具の凸形状に形成する凸部高さHが不足しているので効果も不充分である。比較例3は、パワーモジュール基板の推定反り量と凸形状治具の凸形状に形成する凸部高さHを同じ高さに設定し、回路層である銅層側から基板の反りを矯正するように凸形状治具で逆反り状態に加圧した結果であるが、接合率を向上させることはできなかった。
比較例1から3は、いずれも実施例1から4と比べ接合率が悪いことから、本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法では、パワーモジュール基板の推定反り量と凸形状治具の凸形状に形成する凸部高さHを少なくとも同じ高さに設定し、ヒートシンク側下面から凸形状治具で押圧することで良好な接合率が得られることがわかる。
In Examples 1 to 4 of Table 1, the estimated warpage amount of the power module substrate and the height H of the convex portion formed in the convex shape of the convex jig are set to the same height, and the convex jig is pressed from the heat sink side. As a result, a good bonding rate is obtained.
The comparative example 1 is the result when pressing through a laminated sheet of a carbon sheet and a graphite sheet without using a convex jig, and has the lowest joining rate. Comparative Example 2 is a result when the height H of the convex portion formed in the convex shape of the convex jig is set lower than the estimated warpage amount of the power module substrate 1 and pressed from the lower surface on the heat sink side. Since the height H of the convex portion formed in the convex shape is insufficient, the effect is insufficient. In Comparative Example 3, the estimated warpage amount of the power module substrate and the convex portion height H formed in the convex shape of the convex jig are set to the same height, and the warpage of the substrate is corrected from the copper layer side which is the circuit layer. Thus, although it is a result of pressing in the reverse warp state with the convex jig, the joining rate could not be improved.
Since all of Comparative Examples 1 to 3 have a lower bonding rate than Examples 1 to 4, in the method for manufacturing a power module substrate with a heat sink of the present invention, the estimated warpage amount of the power module substrate and the convex jig It can be seen that a good bonding rate can be obtained by setting the height H of the convex portion formed in a convex shape to at least the same height and pressing the convex portion jig from the lower surface on the heat sink side.

なお、本発明は前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…パワーモジュール用基板
2…セラミックス基板
3…アルミニウム層
4…金属層
5…銅層
6…Alクラッド材
7a…ヒートシンク
7b…ヒートシンク
8…凸形状治具
H…凸部高さ
14…ヒートシンク付パワーモジュール用基板
110…加圧装置
116a…カーボンシート
116b…グラファイトシート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power module substrate 2 ... Ceramic substrate 3 ... Aluminum layer 4 ... Metal layer 5 ... Copper layer 6 ... Al clad material 7a ... Heat sink 7b ... Heat sink 8 ... Convex-shaped jig H ... Convex height 14 ... Power with heat sink Module substrate 110 ... Pressure device 116a ... Carbon sheet 116b ... Graphite sheet

Claims (4)

セラミックス基板の一方の面に少なくとも表面に銅層を有する回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面にアルミニウム層を含む金属層が接合されてなるパワーモジュール用基板の前記金属層に、アルミニウムからなるヒートシンクを接合してヒートシンク付パワーモジュール用基板を製造する方法であって、前記回路層を平板状のカーボンシートで押圧し、かつ、前記ヒートシンクの接合面を、ヒートシンク接合温度で生じる前記パワーモジュール用基板の前記金属層表面の反りに合わせ、凸形状に形成して接合す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の製造方法。 A circuit layer having a copper layer at least on the surface is bonded to one surface of the ceramic substrate, and a metal layer including an aluminum layer is bonded to the other surface of the ceramic substrate. A method of manufacturing a power module substrate with a heat sink by bonding a heat sink made of aluminum, wherein the circuit layer is pressed with a flat carbon sheet, and a bonding surface of the heat sink is generated at a heat sink bonding temperature. A method for manufacturing a power module substrate with a heat sink, characterized in that the power module substrate is formed in a convex shape and bonded to the warp of the metal layer surface of the power module substrate. 請求項1記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法であって、前記ヒートシンクの接合面とは反対面を、前記凸形状の押圧面を有する治具により押圧して前記ヒートシンクを前記金属層に接合することを特徴とする請求項1記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。   2. The method for manufacturing a power module substrate with a heat sink according to claim 1, wherein the heat sink is pressed against the metal layer by pressing a surface opposite to the bonding surface of the heat sink with a jig having the convex pressing surface. The method for manufacturing a power module substrate with a heat sink according to claim 1, wherein the bonding is performed. 請求項1記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法であって、予め前記ヒートシンクの接合面を前記凸形状に形成しておくことを特徴とする請求項1記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。   2. The method for manufacturing a power module substrate with a heat sink according to claim 1, wherein a joint surface of the heat sink is formed in the convex shape in advance. Production method. セラミックス基板の一方の面に少なくとも表面に銅層を有する回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面にアルミニウム層を含む金属層が接合されてなるパワーモジュール用基板の前記金属層に、アルミニウムからなるヒートシンクを接合してヒートシンク付パワーモジュール用基板を製造する際に用いられ、前記ヒートシンクの接合時に前記パワーモジュール用基板と前記ヒートシンクとの積層体を積層方向に加圧するための装置であって、前記回路層を押圧する平板状のカーボンシートと、前記ヒートシンクを押圧する治具と、を有し、該治具がヒートシンク接合温度で生じる前記パワーモジュール用基板の前記金属層表面の反りに合わせた凸形状の押圧面を有することを特徴とする加圧装置。 A circuit layer having a copper layer at least on the surface is bonded to one surface of the ceramic substrate, and a metal layer including an aluminum layer is bonded to the other surface of the ceramic substrate. A device for pressurizing a laminate of the power module substrate and the heat sink in the laminating direction when joining the heat sink made of aluminum and manufacturing a power module substrate with a heat sink. there are, a flat carbon sheet for pressing the circuit layer, anda jig for pressing the heat sink, warpage of the metal layer surface of the substrate for the power module jig occurs at the heat sink junction temperature A pressurizing apparatus having a convex pressing surface adapted to the above .
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