JP6565735B2 - Power module substrate, power module, and method of manufacturing power module substrate - Google Patents
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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パワーモジュール並びに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 power module substrate and a power module used in a semiconductor device that controls a large current and a high voltage, and a method for manufacturing the power module substrate.
パワーモジュールには、絶縁基板である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に回路層を形成する金属板が接合されたパワーモジュール用基板が用いられる。なお、この種のパワーモジュール用基板としては、セラミックス基板の他方の面にも、熱伝導性に優れた金属板を接合することで金属層を設け、その金属層を介して放熱板（ヒートシンク）を接合することも行われる。そして、パワーモジュール用基板の回路層の上面に、パワー素子等の半導体素子がはんだ材を介して搭載されることにより、パワーモジュールが製造される。 The power module uses a power module substrate in which a metal plate forming a circuit layer is bonded to one surface of a ceramic substrate such as aluminum nitride which is an insulating substrate. In addition, as this type of power module substrate, a metal layer is provided on the other surface of the ceramic substrate by bonding a metal plate having excellent thermal conductivity, and a heat radiating plate (heat sink) is provided via the metal layer. Is also performed. And a power module is manufactured by mounting semiconductor elements, such as a power element, via a solder material on the upper surface of the circuit layer of the board for power modules.
このようなパワーモジュールでは、半導体素子の高出力化、高密度化に伴う小型化が進められており、高集積化の要望が高まっている。これに伴い、従来のパワーモジュールでは、半導体素子の上部電極とパッケージとの間はアルミニウムワイヤによる配線がなされていたが、アルミニウムワイヤを設置できる物理的な本数の限界もあることから、大面積の銅又は銅合金製のリードフレームを超音波接合等により直接半導体素子に接合することが行われている。このように大面積のリードフレームを用いることで、半導体素子表面の温度を均一化できるとともに、配線スペースの簡略化や配線抵抗を低減でき、より高性能のパワーモジュールが得られることが期待されている。 In such power modules, downsizing is being promoted along with higher output and higher density of semiconductor elements, and there is an increasing demand for higher integration. Along with this, in the conventional power module, the wiring between the upper electrode of the semiconductor element and the package was made with an aluminum wire. However, since there is a limit to the physical number of aluminum wires that can be installed, a large area is required. A lead frame made of copper or copper alloy is directly bonded to a semiconductor element by ultrasonic bonding or the like. By using such a large area lead frame, it is expected that the surface temperature of the semiconductor element can be made uniform, the wiring space can be simplified and the wiring resistance can be reduced, and a higher performance power module can be obtained. Yes.
ところで、リードフレームを用いたパワーモジュールでは、半導体素子の上部電極だけでなく、回路層上への接合信頼性を確保することが重要とされる。ところが、回路層には、セラミックス基板への応力軽減と放熱性能を向上する観点から高純度（剛性の比較的低い）のアルミニウムが用いられており、リードフレームを回路層上に超音波接合する際に、回路層との接合部に変形（歪み）が生じたり、回路層の変形に起因してセラミックス基板にクラックが生じたりするおそれがある。この場合、パワーモジュール用基板の接合信頼性や放熱性能が損なわれることやセラミックス基板の破壊が課題となっている。 By the way, in a power module using a lead frame, it is important to ensure the reliability of bonding not only to the upper electrode of the semiconductor element but also to the circuit layer. However, high purity (relatively low rigidity) aluminum is used for the circuit layer from the viewpoint of reducing stress on the ceramic substrate and improving the heat dissipation performance. When the lead frame is ultrasonically bonded to the circuit layer, In addition, there is a risk that deformation (distortion) occurs in the joint portion with the circuit layer, or cracks occur in the ceramic substrate due to deformation of the circuit layer. In this case, the bonding reliability and heat dissipation performance of the power module substrate are impaired, and the destruction of the ceramic substrate is a problem.
この点、特許文献１には、回路層を第１層と第２層との積層構造として、回路層の上面に剛性の高いアルミニウム板からなる第２層を配置したパワーモジュール用基板が開示されている。この特許文献１に記載のパワーモジュール用基板のように、回路層の上面に剛性の高い第２層を設けることで、リードフレームを超音波接合する際に生じる回路層の変形を低減できると考えられる。しかし、回路層の上面全体を剛性の高い、すなわち純度の低いアルミニウム板により構成した場合には熱抵抗が大きくなり、放熱性能が損なわれるおそれがある。 In this regard, Patent Document 1 discloses a power module substrate in which a circuit layer has a laminated structure of a first layer and a second layer, and a second layer made of a rigid aluminum plate is disposed on the upper surface of the circuit layer. ing. Like the power module substrate described in Patent Document 1, it is considered that the deformation of the circuit layer that occurs when the lead frame is ultrasonically bonded can be reduced by providing the second rigid layer on the upper surface of the circuit layer. It is done. However, if the entire upper surface of the circuit layer is made of an aluminum plate having high rigidity, that is, low purity, the thermal resistance increases, and the heat dissipation performance may be impaired.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、接合信頼性と放熱性能とを良好に維持でき、高集積化されたパワーモジュール用基板及びパワーモジュール並びに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 provides a highly integrated power module substrate, power module, and power module substrate manufacturing method that can maintain good bonding reliability and heat dissipation performance. The purpose is to provide.
本発明のパワーモジュール用基板は、窒化物系セラミックス、もしくは酸化物系セラミックスからなる厚さ０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下のセラミックス基板の一方の面に回路層が接合されるとともに、前記回路層の上面に銅又は銅合金からなるリードフレームが直接接合されており、前記回路層が、前記セラミックス基板に接合される第１層と、該第１層の前記セラミックス基板とは反対側の面に部分的に設けられて前記リードフレームが接合される第２層とにより構成され、前記第１層は、純度９９．９０質量％以上のアルミニウム材からなり、前記第２層は、ビッカース硬度が１９以上のアルミニウム材からなる。
なお、本発明におけるビッカース硬度は２５℃における値である。
In the power module substrate of the present invention, a circuit layer is bonded to one surface of a ceramic substrate having a thickness of 0.2 mm to 1.5 mm made of nitride ceramic or oxide ceramic, and the circuit layer A lead frame made of copper or a copper alloy is directly bonded to the upper surface of the first substrate, and the circuit layer is connected to the first layer to be bonded to the ceramic substrate and to the surface of the first layer opposite to the ceramic substrate. And a second layer to which the lead frame is joined. The first layer is made of an aluminum material having a purity of 99.90% by mass or more, and the second layer has a Vickers hardness of 19 It consists of the above aluminum material.
In addition, the Vickers hardness in this invention is a value in 25 degreeC.
回路層の上面のリードフレームとの接合部分に、ビッカース硬度が１９以上の剛性の高いアルミニウム材からなる第２層を部分的に設けることで、リードフレームと回路層との超音波接合時に、セラミックス基板にクラック等が生じることを防止できるとともに、リードフレームと回路層とを強固に接合でき、接合信頼性を良好に維持できる。また、回路層の上面の半導体素子との実装部分は、熱抵抗が低く比較的剛性の低い高純度のアルミニウム材からなる第１層により設けられているので、半導体素子の熱を円滑に放熱でき、良好な放熱性能を維持できるとともに、セラミックス基板への応力が低減し、セラミックス基板の破壊を防止することができる。 By providing a second layer made of a highly rigid aluminum material having a Vickers hardness of 19 or more at the joint between the upper surface of the circuit layer and the lead frame, ceramics can be used at the time of ultrasonic bonding between the lead frame and the circuit layer. In addition to preventing cracks and the like from being generated on the substrate, the lead frame and the circuit layer can be firmly bonded, and the bonding reliability can be maintained well. In addition, since the mounting portion of the upper surface of the circuit layer with the semiconductor element is provided by the first layer made of a high-purity aluminum material having low thermal resistance and relatively low rigidity, the heat of the semiconductor element can be radiated smoothly. In addition to maintaining good heat dissipation performance, the stress on the ceramic substrate is reduced, and the ceramic substrate can be prevented from being broken.
本発明のパワーモジュールは、前記パワーモジュール用基板と、前記第１層に実装された半導体素子とを備える。 The power module of the present invention includes the power module substrate and a semiconductor element mounted on the first layer.
本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、窒化物系セラミックス、もしくは酸化物系セラミックスからなる厚さ０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下のセラミックス基板の一方の面に純度９９．９０質量％以上のアルミニウム材を接合して第１層を形成するとともに、前記セラミックス基板の他方の面にアルミニウム材を接合して金属層を形成することにより、第１積層基板を形成する第１接合工程と、前記第１層の前記セラミックス基板とは反対側の面に部分的にビッカース硬度が１９以上のアルミニウム材をろう付けして第２層を形成するとともに、前記金属層の前記セラミックス基板とは反対側の面にアルミニウム材をろう付けして放熱板を形成することにより、第２積層基板を形成する第２接合工程と、前記第２積層基板の前記第２層に銅又は銅合金からなるリードフレームを超音波接合により直接接合する第３接合工程とを有する。 The method for manufacturing a power module substrate of the present invention has a purity of 99.90% by mass or more on one surface of a ceramic substrate having a thickness of 0.2 mm or more and 1.5 mm or less made of nitride ceramics or oxide ceramics. A first bonding step of forming a first laminated substrate by bonding an aluminum material to form a first layer, and bonding an aluminum material to the other surface of the ceramic substrate to form a metal layer; A second layer is formed by brazing an aluminum material having a Vickers hardness of 19 or more partially on the surface of the first layer opposite to the ceramic substrate, and the metal layer on the opposite side of the ceramic substrate. A second bonding step of forming a second laminated substrate by brazing an aluminum material on the surface to form a heat sink; and the second of the second laminated substrate And a third joining step of joining directly by ultrasonic bonding the lead frame made of copper or a copper alloy.
この方法によれば、放熱板と回路層を構成する第２層とを第１積層基板に一度に接合することができ、第２層を設けることによって接合工程が増加することがない。 According to this method, the heat sink and the second layer constituting the circuit layer can be bonded to the first laminated substrate at a time, and the bonding step does not increase by providing the second layer.
本発明のパワーモジュール用基板の製造方法の前記第２接合工程において、前記第２層となるアルミニウム材の前記第１層との接合面にろう材層が積層されたクラッド材を用いるとよい。 In the second joining step of the method for manufacturing a power module substrate of the present invention, a clad material in which a brazing material layer is laminated on the joining surface of the aluminum material to be the second layer with the first layer may be used.
第２層は、回路層の第１層の上面に部分的に積層されるが、予めろう材層が積層されたクラッド材を用いることで、ろう材（ここではろう材層）の取り回しが容易となり、第２接合工程を容易に進めることができる。また、第１層と第２層となるアルミニウム材との間に、ろう材を確実に介在させてろう付けを行うことができ、第１層と第２層とを強固に接合できる。 The second layer is partially laminated on the upper surface of the first layer of the circuit layer. By using a clad material in which a brazing material layer is laminated in advance, it is easy to handle the brazing material (the brazing material layer here). Thus, the second joining step can be easily advanced. In addition, brazing can be performed with a brazing material reliably interposed between the first layer and the aluminum material to be the second layer, and the first layer and the second layer can be firmly bonded.
本発明のパワーモジュール用基板の製造方法において、少なくとも前記第２接合工程前に、前記第１層の上面に凹部を形成しておき、前記第２接合工程において、前記凹部内に前記第２層を収容した状態とすることにより、前記凹部の周囲の前記第１層の上面と前記第２層の上面とを面一に設けるとよい。 In the method for manufacturing a power module substrate of the present invention, a recess is formed on the upper surface of the first layer at least before the second bonding step, and the second layer is formed in the recess in the second bonding step. It is preferable that the upper surface of the first layer and the upper surface of the second layer around the recess be provided flush with each other.
第１層に凹部を設けておき、凹部内に第２層を収容した状態で設けているので、第１層と第２層との位置決めを容易に行うことができる。また、凹部の周囲の第１層の上面と第２層の上面とを面一に設けることにより、第２接合工程において、第２層と放熱板とを第１積層基板に接合する際に、回路層の上面全体を積層方向に押圧できるので、第２層と放熱板とを第１積層基板に強固に接合でき、パワーモジュール用基板の接合信頼性を良好に維持できる。 Since the recess is provided in the first layer and the second layer is accommodated in the recess, the first layer and the second layer can be easily positioned. Further, by providing the upper surface of the first layer around the recess and the upper surface of the second layer flush with each other, when the second layer and the heat sink are bonded to the first laminated substrate in the second bonding step, Since the entire upper surface of the circuit layer can be pressed in the stacking direction, the second layer and the heat sink can be firmly bonded to the first stacked substrate, and the bonding reliability of the power module substrate can be maintained well.
本発明によれば、パワーモジュール用基板の接合信頼性と放熱性能とを良好に維持でき、セラミックス基板の破壊を防止したパワーモジュール用基板を提供することができ、リードフレームを用いて回路の高集積化を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to provide a power module substrate in which the bonding reliability and heat dissipation performance of the power module substrate can be satisfactorily maintained and the ceramic substrate is prevented from being destroyed. Integration can be achieved.
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に示す第１実施形態のパワーモジュール１００は、パワーモジュール用基板１０１と、パワーモジュール用基板１０１の回路層１２に実装された半導体チップ等の半導体素子６１とを備えたものである。
また、パワーモジュール用基板１０１は、セラミックス基板１１と、セラミックス基板１１の一方の面に接合された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面に接合された金属層１３と、回路層１２のセラミックス基板１１とは反対側の上面に接合されたリードフレーム５１と、金属層１３のセラミックス基板１１とは反対側の面に接合された放熱板４１とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A power module 100 according to the first embodiment shown in FIG. 1 includes a power module substrate 101 and a semiconductor element 61 such as a semiconductor chip mounted on the circuit layer 12 of the power module substrate 101.
The power module substrate 101 includes a ceramic substrate 11, a circuit layer 12 bonded to one surface of the ceramic substrate 11, a metal layer 13 bonded to the other surface of the ceramic substrate 11, and a circuit layer 12. A lead frame 51 joined to the upper surface on the side opposite to the ceramic substrate 11 and a heat radiation plate 41 joined to the surface on the side opposite to the ceramic substrate 11 of the metal layer 13 are provided.
セラミックス基板１１は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、もしくはＡｌ２Ｏ３（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０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とされる。 For the ceramic substrate 11, 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. The thickness of the ceramic substrate 11 is set to 0.2 mm or more and 1.5 mm or less.
回路層１２は、セラミックス基板１１の一方の面に接合される第１層２１と、この第１層２１のセラミックス基板１１とは反対側の面に部分的に接合される第２層２２との積層構造とされている。第２層２２は、リードフレーム５１の接合部に設けられており、半導体素子６１の実装領域には、第１層２１が露出して設けられる。 The circuit layer 12 includes a first layer 21 bonded to one surface of the ceramic substrate 11 and a second layer 22 partially bonded to the surface of the first layer 21 opposite to the ceramic substrate 11. It is a laminated structure. The second layer 22 is provided at the joint portion of the lead frame 51, and the first layer 21 is exposed in the mounting region of the semiconductor element 61.
第１層２１は、純度９９．９０質量％以上のアルミニウム材からなり、例えばＪＩＳ規格では純度９９．９９質量％以上の純アルミニウム板（いわゆる４Ｎアルミニウム）や、純度９９．９０質量％以上の純アルミニウム板（いわゆる３Ｎアルミニウム：例えば１Ｎ９９）をセラミックス基板１１に接合することにより形成される。また、第２層２２は、ビッカース硬度が１９以上のアルミニウム材からなり、例えばＡ１０５０、Ａ３００３、Ａ６０６３、Ａ５０５２等のアルミニウム合金板を第１層２１に接合することにより形成される。第１層２１の厚さは０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下、第２層２２の厚さは０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下とされる。 The first layer 21 is made of an aluminum material having a purity of 99.90% by mass or more. For example, in the JIS standard, a pure aluminum plate (so-called 4N aluminum) having a purity of 99.99% by mass or more, or a pure aluminum having a purity of 99.90% by mass or more. It is formed by bonding an aluminum plate (so-called 3N aluminum: for example, 1N99) to the ceramic substrate 11. The second layer 22 is made of an aluminum material having a Vickers hardness of 19 or more. For example, the second layer 22 is formed by bonding an aluminum alloy plate such as A1050, A3003, A6063, and A5052 to the first layer 21. The first layer 21 has a thickness of 0.1 mm to 2.5 mm, and the second layer 22 has a thickness of 0.1 mm to 3.0 mm.
金属層１３は、アルミニウム又はアルミニウム合金、若しくは銅又は銅合金からなる金属材からなり、これらの金属材からなる金属板をセラミックス基板１１の他方の面（回路層１２とは反対側の面）に接合することにより形成される。金属層１３の厚さは０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下とされる。本実施形態では、金属層１３は、回路層１２の第１層２１と同様に、純度９９．９０質量％以上の純アルミニウム板により設けられる。 The metal layer 13 is made of a metal material made of aluminum or an aluminum alloy, or copper or a copper alloy, and a metal plate made of these metal materials is placed on the other surface of the ceramic substrate 11 (the surface opposite to the circuit layer 12). It is formed by joining. The thickness of the metal layer 13 is 0.1 mm or more and 2.5 mm or less. In the present embodiment, the metal layer 13 is provided by a pure aluminum plate having a purity of 99.90% by mass or more, like the first layer 21 of the circuit layer 12.
放熱板４１は、熱伝導性が良好な材料で構成されるが、具体的には純度９９．００質量％以上の純アルミニウム板（２Ｎアルミニウム）、Ａ３００３、Ａ６０６３、Ａ５０５２等のアルミニウム合金板、ＡｌＳｉＣやＭｇＳｉＣ等の低熱膨張材を用いることができる。なお、放熱板４１の形状としては、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、押出成形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でき、内部に冷媒が流通する冷却器の部品として他の部品にねじ止め等によって組み込まれて使用される。本実施形態では、放熱板４１は図１に示すように平板状に設けられ、Ａ６０６３アルミニウム合金より形成される。 The heat radiating plate 41 is made of a material having good thermal conductivity, and specifically, a pure aluminum plate (2N aluminum) having a purity of 99.00% by mass or more, an aluminum alloy plate such as A3003, A6063, A5052, etc., AlSiC Or a low thermal expansion material such as MgSiC can be used. In addition, as a shape of the heat sink 41, a flat plate, one in which many pin-shaped fins are integrally formed by hot forging, etc., one in which strip-shaped fins parallel to each other are integrally formed by extrusion molding, etc. It can be used as a part of a cooler in which a refrigerant circulates and is incorporated into other parts by screwing or the like. In the present embodiment, the heat radiating plate 41 is provided in a flat plate shape as shown in FIG. 1 and is made of an A6063 aluminum alloy.
リードフレーム５１は、銅又は銅合金からなり、本実施形態では無酸素銅（ＯＦＣ）により形成され、アルミニウム材により設けられた回路層１２の第２層２２に、超音波接合により接合されている。
なお、半導体素子６１は半導体を備えた電子部品であり、回路層１２の第１層２１の上面に、例えばＳｎ‐Ｃｕ系等のはんだ材によりはんだ付けされ、パワーモジュール１００が製造される。
The lead frame 51 is made of copper or a copper alloy, is formed of oxygen-free copper (OFC) in the present embodiment, and is joined to the second layer 22 of the circuit layer 12 provided by an aluminum material by ultrasonic bonding. .
The semiconductor element 61 is an electronic component including a semiconductor, and the power module 100 is manufactured by soldering the upper surface of the first layer 21 of the circuit layer 12 with a solder material such as Sn—Cu.
次に、このように構成されたパワーモジュール用基板１０１を製造する方法について説明する。このパワーモジュール用基板１０１は、セラミックス基板１１に回路層１２の第１層２１と金属層１３とを接合して第１積層基板１５を形成（第１接合工程）した後、第１層２１に第２層２２、金属層１３に放熱板４１をそれぞれ接合して第２積層基板１６を形成（第２接合工程）し、最後に第２層２２にリードフレーム５１を接合（第３接合工程）することにより製造される。以下、パワーモジュール用基板１０１の製造方法を、この工程順に説明する。 Next, a method for manufacturing the power module substrate 101 configured as described above will be described. The power module substrate 101 is formed by bonding the first layer 21 of the circuit layer 12 and the metal layer 13 to the ceramic substrate 11 to form the first laminated substrate 15 (first bonding step), and then forming the first layer 21 on the first layer 21. The heat sink 41 is joined to the second layer 22 and the metal layer 13 to form the second laminated substrate 16 (second joining step), and finally the lead frame 51 is joined to the second layer 22 (third joining step). It is manufactured by doing. Hereinafter, a method for manufacturing the power module substrate 101 will be described in the order of these steps.
（第１接合工程）
図２（ａ）に示すようにセラミックス基板１１の一方の面に回路層１２のうちの第１層２１となる第１層アルミニウム板２１Ｓをろう材３１を介して積層し、他方の面に金属層１３となる金属層アルミニウム板１３Ｓをろう材３１を介して積層する。ろう材３１は、Ａｌ‐Ｓｉ系合金等のろう材を箔の形態で用いるとよい。そして、これらの積層体を積層方向に加圧した状態で加熱することにより、セラミック基板１１の一方の面に第１層２１を形成するとともに、セラミックス基板１１の他方の面に金属層１３を形成して、図２（ｂ）に示すように、セラミックス基板１１と第１層２１と金属層１３とが一体に接合された第１積層基板１５を形成する。
なお、この場合の加圧力としては例えば０．５ＭＰａ、加熱温度としては例えば６４０℃とされる。
(First joining process)
As shown in FIG. 2A, a first layer aluminum plate 21S to be the first layer 21 of the circuit layer 12 is laminated on one surface of the ceramic substrate 11 via a brazing material 31, and a metal is formed on the other surface. A metal layer aluminum plate 13 </ b> S to be the layer 13 is laminated via a brazing material 31. The brazing material 31 may be a brazing material such as an Al—Si based alloy in the form of a foil. Then, by heating these laminated bodies while being pressed in the laminating direction, the first layer 21 is formed on one surface of the ceramic substrate 11 and the metal layer 13 is formed on the other surface of the ceramic substrate 11. Then, as shown in FIG. 2B, the first laminated substrate 15 in which the ceramic substrate 11, the first layer 21, and the metal layer 13 are integrally bonded is formed.
In this case, the pressure is 0.5 MPa, for example, and the heating temperature is 640 ° C., for example.
（第２接合工程）
次に、第１接合工程により得られた第１積層基板１５の第１層２１のセラミックス基板１１とは反対側の面に、図２（ｂ）に示すように、ろう材（ろう材層３２）を介して第２層２２となる第２層アルミニウム板２２Ｓを積層するとともに、金属層１３のセラミックス基板１１とは反対側の面にろう材３５を介して放熱板アルミニウム板４１Ｓを積層する。この際、予め、第２層２２となる第２層アルミニウム板２２Ｓの第１層２１との接合面にろう材層３２が積層されたクラッド材２５を用意しておき、このクラッド材２５を用いることで、第１層２１の上面に部分的に第２層２２を接合する際にも、ろう材の取り回しを容易に進めることができる。
(Second joining process)
Next, on the surface of the first layer 21 of the first laminated substrate 15 obtained by the first bonding step on the side opposite to the ceramic substrate 11, as shown in FIG. The second layer aluminum plate 22S to be the second layer 22 is laminated through the metal plate 13 and the heat radiation plate aluminum plate 41S is laminated through the brazing material 35 on the surface of the metal layer 13 opposite to the ceramic substrate 11. At this time, a clad material 25 in which a brazing filler metal layer 32 is laminated on the joint surface of the second layer aluminum plate 22S to be the second layer 22 with the first layer 21 is prepared in advance, and this clad material 25 is used. Thus, even when the second layer 22 is partially joined to the upper surface of the first layer 21, it is possible to easily handle the brazing material.
クラッド材２５を構成するろう材層３２のろう材は、Ａｌ‐Ｓｉ‐Ｍｇ系合金の箔とされる。また、金属層１３と放熱板４１との間を接合するろう材３５は、接合芯材３３の両面にろう材層３４を形成した両面ろうクラッド材とされる。ろう材３５は、接合芯材３３が厚さ０．０５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下のＡ３００３アルミニウム合金とされ、両面のろう材層３４がＡｌ‐Ｓｉ‐Ｍｇ系合金とされる。 The brazing material of the brazing material layer 32 constituting the clad material 25 is an Al—Si—Mg alloy foil. The brazing material 35 that joins between the metal layer 13 and the heat sink 41 is a double-sided brazing clad material in which a brazing material layer 34 is formed on both sides of the joining core material 33. The brazing material 35 is made of an A3003 aluminum alloy having a joining core material 33 having a thickness of 0.05 mm or more and 0.6 mm or less, and the brazing material layers 34 on both sides are made of an Al—Si—Mg alloy.
そして、これらの積層体を積層方向に加圧した状態で加熱することによりろう付けして、第１層２１の上面に部分的に第２層２２を形成するとともに、金属層１３に放熱板４１を形成して、図２（ｃ）に示すように、第１層２１と第２層２２、金属層１３と放熱板４１とが一体に接合された第２積層基板１６を形成する。
なお、この場合の加圧力としては例えば０．０５〜０．５ＭＰａ、加熱温度としては例えば５８０〜６２０℃とされる。
Then, these laminated bodies are brazed by heating in a state of being pressurized in the laminating direction, so that the second layer 22 is partially formed on the upper surface of the first layer 21, and the heat radiation plate 41 is formed on the metal layer 13. As shown in FIG. 2C, the second laminated substrate 16 in which the first layer 21 and the second layer 22, the metal layer 13 and the heat sink 41 are integrally joined is formed.
In this case, the applied pressure is, for example, 0.05 to 0.5 MPa, and the heating temperature is, for example, 580 to 620 ° C.
（第３接合工程）
図２（ｄ）に示すように、第２接合工程により得られた第２積層基板１６の第２層２２に、リードフレーム５１を超音波接合により接合して、パワーモジュール用基板１０１を製造する。
(Third joining step)
As shown in FIG. 2D, a power module substrate 101 is manufactured by bonding a lead frame 51 to the second layer 22 of the second laminated substrate 16 obtained by the second bonding step by ultrasonic bonding. .
そして、このようにして製造されたパワーモジュール用基板１０１に、図１に示すように、回路層１２の第１層２１の上面に半導体素子６１がはんだ付けによって接合され、パワーモジュール１００が製造される。 Then, the power module substrate 101 manufactured in this manner is joined to the upper surface of the first layer 21 of the circuit layer 12 by soldering, as shown in FIG. The
このようにして製造されるパワーモジュール用基板１０１では、回路層１２の上面に露出するリードフレーム５１との接合部分に、ビッカース硬度が１９以上の剛性の高いアルミニウム材からなる第２層２２を部分的に設けることで、リードフレーム５１と回路層１２との超音波接合時に、セラミックス基板１１にクラック等が生じることが防止できるとともに、リードフレーム５１と回路層１２とを強固に接合でき、接合信頼性を良好に維持できる。また、回路層１２の上面の半導体素子６１との実装部分は、熱抵抗が低く比較的剛性の低い高純度のアルミニウム材からなる第１層２１により設けられているので、半導体素子６１の熱を円滑に放熱でき、良好な放熱性能を維持できるとともに、セラミックス基板１１への応力が低減し、セラミックス基板１１の破壊を防止することができる。 In the power module substrate 101 manufactured in this manner, the second layer 22 made of a highly rigid aluminum material having a Vickers hardness of 19 or more is partially formed in the joint portion with the lead frame 51 exposed on the upper surface of the circuit layer 12. Thus, cracks and the like can be prevented from being generated in the ceramic substrate 11 during ultrasonic bonding between the lead frame 51 and the circuit layer 12, and the lead frame 51 and the circuit layer 12 can be firmly bonded to each other. Good maintainability. In addition, the mounting portion of the upper surface of the circuit layer 12 with the semiconductor element 61 is provided by the first layer 21 made of a high-purity aluminum material having a low thermal resistance and a relatively low rigidity. Heat can be radiated smoothly, good heat dissipation performance can be maintained, stress on the ceramic substrate 11 can be reduced, and destruction of the ceramic substrate 11 can be prevented.
また、本実施形態のパワーモジュール用基板１０１の製造方法によれば、放熱板４１と回路層１２を構成する第２層２２とを第１積層基板１５に一度に接合することができ（第２接合工程）、第２層２２を設けることによって接合工程が増加することがない。また、第２接合工程において第１層２１の上面に部分的に設けられる第２層２２を接合するにあたって、予めろう材層３２が積層されたクラッド材２５を用いることで、ろう材（ろう材層３２）の取り回しが容易となり、第２接合工程を容易に進めることができる。また、第１層２１と第２層２２との間に、ろう材を確実に介在させてろう付けを行うことができ、第１層２１と第２層２２とを強固に接合できる。 Further, according to the method for manufacturing the power module substrate 101 of the present embodiment, the heat sink 41 and the second layer 22 constituting the circuit layer 12 can be bonded to the first laminated substrate 15 at a time (second Bonding step) By providing the second layer 22, the bonding step does not increase. Further, in joining the second layer 22 partially provided on the upper surface of the first layer 21 in the second joining step, a brazing material (brazing material) in which a brazing material layer 32 is previously laminated is used. The handling of the layer 32) is facilitated, and the second joining step can be easily performed. In addition, brazing can be performed with a brazing material reliably interposed between the first layer 21 and the second layer 22, and the first layer 21 and the second layer 22 can be firmly bonded.
また、第１実施形態のパワーモジュール用基板１０１では、第１層２１の上面から突出するようにして第２層２２を設けていたが、図３に示す第２実施形態のパワーモジュール用基板１０２のように、第１層２１の上面に凹部２３を形成しておき、第１層２１の凹部２３内に第２層２２を収容した状態とすることにより、凹部２３の周囲の第１層２１の上面と第２層２２の上面とを面一に設けることもできる。この第２実施形態において、図１及び図２に示す第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である。 Further, in the power module substrate 101 of the first embodiment, the second layer 22 is provided so as to protrude from the upper surface of the first layer 21, but the power module substrate 102 of the second embodiment shown in FIG. As described above, by forming the recess 23 on the upper surface of the first layer 21 and accommodating the second layer 22 in the recess 23 of the first layer 21, the first layer 21 around the recess 23 is formed. The upper surface of the second layer 22 and the upper surface of the second layer 22 may be provided flush with each other. In this 2nd Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to 1st Embodiment shown in FIG.1 and FIG.2 and a common element. The same applies to the following embodiments.
この第２実施形態のパワーモジュール用基板１０２は、第１実施形態と同様に、セラミックス基板１１に回路層１２の第１層２１と金属層１３とを接合して第１積層基板１５を形成（第１接合工程）した後、第１層２１に第２層２２、金属層１３に放熱板４１をそれぞれ接合して第２積層基板１６を形成（第２接合工程）し、最後に第２層２２にリードフレーム５１を接合（第３接合工程）することにより製造されるが、図４（ａ）に示すように、少なくとも第２接合工程前に、第１層２１の上面に凹部２３を形成しておき、図４（ｂ）に示すように、第２接合工程において、凹部２３内に第２層２２を収容した状態とすることにより、凹部２３の周囲の第１層２１の上面と第２層２２の上面とを面一に設ける。 As in the first embodiment, the power module substrate 102 according to the second embodiment forms a first laminated substrate 15 by bonding the first layer 21 of the circuit layer 12 and the metal layer 13 to the ceramic substrate 11 ( After the first joining step), the second layer 22 is joined to the first layer 21 and the heat sink 41 is joined to the metal layer 13 to form the second laminated substrate 16 (second joining step), and finally the second layer 22 is manufactured by bonding the lead frame 51 (third bonding step), but as shown in FIG. 4A, the recess 23 is formed on the upper surface of the first layer 21 at least before the second bonding step. In addition, as shown in FIG. 4B, in the second bonding step, the second layer 22 is accommodated in the recess 23, whereby the upper surface of the first layer 21 around the recess 23 and the first layer The upper surface of the two layers 22 is provided flush.
第１層２１の凹部２３は、例えばエッチング処理により形成できる。具体的には、第１接合工程後に、第１積層基板１５の第１層２１の上面に、凹部２３を形成する部分を残してエッチングレジストインキを塗布し、紫外線を照射してエッチングレジストを形成することにより、パターニングを行う。なお、ドライフィルムレジストを貼り付けることにより、パターニングを行うこともできる。そして、塩化第二銅や塩化第二鉄等の水溶液を用いてエッチング処理を行い、凹部２３を形成する。エッチングレジストは、凹部２３の形成後に水酸化ナトリウムで剥離する。 The concave portion 23 of the first layer 21 can be formed by, for example, an etching process. Specifically, after the first bonding step, an etching resist ink is applied on the upper surface of the first layer 21 of the first laminated substrate 15 so as to leave a portion for forming the recess 23, and an etching resist is formed by irradiating ultraviolet rays. By doing so, patterning is performed. Patterning can also be performed by attaching a dry film resist. Then, an etching process is performed using an aqueous solution of cupric chloride or ferric chloride to form the recesses 23. The etching resist is peeled off with sodium hydroxide after the recess 23 is formed.
なお、凹部２３は、次のような方法により形成することもできる。
第１接合工程前に、第１層アルミニウム板２１Ｓにプレス加工等によって凹部２３を形成し、凹部２３が形成された第１層アルミニウム板２１Ｓの凹部２３が形成された面側とは反対側の面にセラミックス基板１１を接合することで、第１積層基板１５に凹部２３を形成することができる。
The recess 23 can also be formed by the following method.
Before the first joining step, the recess 23 is formed on the first layer aluminum plate 21S by pressing or the like, and the surface of the first layer aluminum plate 21S having the recess 23 formed on the side opposite to the surface on which the recess 23 is formed. The concave portion 23 can be formed in the first laminated substrate 15 by bonding the ceramic substrate 11 to the surface.
そして、このようにして第１積層基板１５に凹部２３を形成した後、第２接合工程において、図４（ｂ）に示すように、凹部２３の底面に第２層２２となる第２層アルミニウム板２２Ｓをろう材（ろう材層３２）を介して積層するとともに、金属層１３にろう材３５を介して放熱板アルミニウム板４１Ｓを積層する。この際、凹部２３の深さとクラッド材２５の厚みとを同程度に設けることで、複雑な治具を用いることなく、回路層１２の上面全体を積層方向に均一に押圧できる。 And after forming the recessed part 23 in the 1st laminated substrate 15 in this way, in a 2nd joining process, as shown in FIG.4 (b), 2nd layer aluminum used as the 2nd layer 22 on the bottom face of the recessed part 23 The plate 22S is laminated via the brazing material (brazing material layer 32), and the heat radiating plate aluminum plate 41S is laminated on the metal layer 13 via the brazing material 35. At this time, the entire upper surface of the circuit layer 12 can be uniformly pressed in the stacking direction without using a complicated jig by providing the depth of the concave portion 23 and the thickness of the clad material 25 at the same level.
このように構成される第２実施形態のパワーモジュール用基板１０２の製造方法では、第１層２１に凹部２３を設けて、その凹部２３内に第２層２２を収容した状態で設けているので、第１層２１と第２層２２との位置決めを容易に行うことができる。また、凹部２３の周囲の第１層２１の上面と第２層２２の上面とを面一に設けることにより、第２接合工程において、第２層２２と放熱板４１とを第１積層基板１５に接合する際に、回路層１２の上面全体を積層方向に確実に押圧できるので、第２層２２と放熱板４１とを第１積層基板１５に強固に接合でき、パワーモジュール用基板１０２の接合信頼性を良好に維持できる。
なお、パワーモジュール用基板１０２の接合信頼性と放熱性能とを良好に維持する観点では、少なくとも第１層２１の凹部２３の底面と第２層２２の下面とが接合されていればよく、凹部２３の側面と第２層２２の側面との間に隙間が設けられていてもよい。
In the method for manufacturing the power module substrate 102 according to the second embodiment configured as described above, the concave portion 23 is provided in the first layer 21, and the second layer 22 is accommodated in the concave portion 23. The first layer 21 and the second layer 22 can be easily positioned. In addition, by providing the upper surface of the first layer 21 around the recess 23 and the upper surface of the second layer 22 flush with each other, the second layer 22 and the heat sink 41 are connected to the first laminated substrate 15 in the second bonding step. Since the entire upper surface of the circuit layer 12 can be reliably pressed in the laminating direction when joining to the first laminated substrate 15, the second layer 22 and the heat radiating plate 41 can be firmly joined to the first laminated substrate 15, and the power module substrate 102 can be joined. Good reliability can be maintained.
From the viewpoint of maintaining good bonding reliability and heat dissipation performance of the power module substrate 102, it is sufficient that at least the bottom surface of the recess 23 of the first layer 21 and the lower surface of the second layer 22 are bonded. A gap may be provided between the side surface of 23 and the side surface of the second layer 22.
また、第２実施形態のパワーモジュール用基板１０２では、第１層２１の上面と第２層２２の上面とを面一に設けていたが、図５に示す第３実施形態のパワーモジュール用基板１０３のように、第１層２１の上面よりも第２層２２の上面を低く設けてもよい。また、図６に示す第４実施形態のパワーモジュール用基板１０４のように、第１層２１の上面よりも第２層２２の上面を突出させて高く設けてもよい。 In the power module substrate 102 of the second embodiment, the upper surface of the first layer 21 and the upper surface of the second layer 22 are provided flush with each other. However, the power module substrate of the third embodiment shown in FIG. As in 103, the upper surface of the second layer 22 may be provided lower than the upper surface of the first layer 21. Further, like the power module substrate 104 of the fourth embodiment shown in FIG. 6, the upper surface of the second layer 22 may be provided higher than the upper surface of the first layer 21.
次に、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
厚さ０．６３５ｍｍのＡｌＮからなるセラミックス基板と、厚さ０．６ｍｍの４Ｎ‐Ａｌからなる第１層及び厚さ１．６ｍｍの４Ｎ‐Ａｌからなる金属層と、厚さ０．４ｍｍの表１記載のアルミニウム合金からなる第２層と、厚さ５ｍｍのＡ６０６３アルミニウム合金からなる放熱板と、純銅からなる厚さ１ｍｍのリードフレームとを用意し、発明例１〜８と比較例１〜３のパワーモジュール用基板を作製した。なお、各部材の平面サイズは、セラミックス基板が４０ｍｍ×４０ｍｍ、回路層及び金属層が３７ｍｍ×３７ｍｍ、第２層が１０ｍｍ×１０ｍｍ、放熱板が５０ｍｍ×６０ｍｍとした。
Next, examples performed for confirming the effects of the present invention will be described.
A ceramic substrate made of AlN having a thickness of 0.635 mm, a first layer made of 4N-Al having a thickness of 0.6 mm, a metal layer made of 4N-Al having a thickness of 1.6 mm, and a table having a thickness of 0.4 mm A second layer made of the aluminum alloy described in 1 above, a heat sink made of an A6063 aluminum alloy with a thickness of 5 mm, and a lead frame with a thickness of 1 mm made of pure copper were prepared. Inventive Examples 1-8 and Comparative Examples 1-3 A power module substrate was prepared. The planar size of each member was 40 mm × 40 mm for the ceramic substrate, 37 mm × 37 mm for the circuit layer and the metal layer, 10 mm × 10 mm for the second layer, and 50 mm × 60 mm for the heat sink.
発明例１〜８は、第１実施形態から第４実施形態で述べたパワーモジュール用基板であり、表１の実施形態は、各パワーモジュール用基板がその実施形態に該当するかを示している。
また、比較例１は、図７に示すように第２層が形成されていないパワーモジュール用基板である。比較例２は、図８に示すように第２層２２を第１層２１の上面全体、すなわち３７ｍｍ×３７ｍｍのサイズで設けたパワーモジュール用基板である。比較例３は、回路層を積層構造とせず、Ａ３００３アルミニウム合金からなる第１層２１をセラミックス基板に接合したパワーモジュール用基板である。なお、比較例１，３では、第２層が形成されていないので、第１層２１の一部にリードフレーム５１を接合した。
Invention Examples 1 to 8 are power module substrates described in the first to fourth embodiments, and the embodiments in Table 1 indicate whether each power module substrate corresponds to the embodiment. .
Further, Comparative Example 1 is a power module substrate in which the second layer is not formed as shown in FIG. Comparative Example 2 is a power module substrate in which the second layer 22 is provided on the entire top surface of the first layer 21, that is, a size of 37 mm × 37 mm, as shown in FIG. Comparative Example 3 is a power module substrate in which the first layer 21 made of an A3003 aluminum alloy is bonded to a ceramic substrate without the circuit layer having a laminated structure. In Comparative Examples 1 and 3, since the second layer is not formed, the lead frame 51 is bonded to a part of the first layer 21.
そして、得られた各パワーモジュール用基板に対して、「回路層とリードフレームとの接合強度」、「熱抵抗」、「接合信頼性」を評価した。
（回路層とリードフレームとの接合強度）
プッシュプルゲージ（アイコーエンジニアリング社製、デジタルプッシュプルゲージＲＸシリーズ）を用い、リードフレームが回路層から剥離するまでの最大強度を測定した。測定は１５回行い、その平均値を接合強度とした。そして、比較例１の接合強度を基準とし、接合強度が比較例１の１．２倍以上の場合を「◎」、１．０倍以上１．２倍未満の場合を「○」、１．０倍未満を「×」と評価した。
Then, for each of the obtained power module substrates, “joining strength between the circuit layer and the lead frame”, “thermal resistance”, and “joining reliability” were evaluated.
(Junction strength between circuit layer and lead frame)
Using a push-pull gauge (manufactured by Aiko Engineering Co., Ltd., digital push-pull gauge RX series), the maximum strength until the lead frame peeled from the circuit layer was measured. The measurement was performed 15 times, and the average value was defined as the bonding strength. Then, with reference to the bonding strength of Comparative Example 1, “」 ”indicates that the bonding strength is 1.2 times or more that of Comparative Example 1, and“ ◯ ”indicates that the bonding strength is 1.0 to 1.2 times. Less than 0 times was evaluated as “x”.
（熱抵抗）
各パワーモジュール用基板の回路層の上面に半導体素子を実装し、熱抵抗を熱抵抗評価装置（メンターグラフィックス社製、過渡熱測定装置）にて確認した。熱抵抗の評価は３回行い、その平均値を熱抵抗とした。比較例１の熱抵抗を基準とし、熱抵抗が比較例１の１．２倍未満の場合を「◎」、１．２倍以上の場合を「×」と評価した。
(Thermal resistance)
A semiconductor element was mounted on the upper surface of the circuit layer of each power module substrate, and the thermal resistance was confirmed with a thermal resistance evaluation device (manufactured by Mentor Graphics, Inc., a transient heat measurement device). The thermal resistance was evaluated three times, and the average value was defined as the thermal resistance. Based on the thermal resistance of Comparative Example 1, the case where the thermal resistance was less than 1.2 times that of Comparative Example 1 was evaluated as “◎”, and the case where the thermal resistance was 1.2 times or more was evaluated as “X”.
（接合信頼性）
液槽式して低温側−４０℃×５分、高温側１５０℃×５分の冷熱サイクル試験を実施した。２０００サイクル後のセラミックス基板の破壊の有無を超音波探傷装置（Ｉｎｓｉｇｈｔ社製、超音波探傷装置）で調査した。それぞれ６個のパワーモジュール用基板に対し試験を実施し、破壊確率が０％の場合を「◎」、０％より大きく５０％未満の場合を「○」、５０％以上の場合を「×」と評価した。
表１に結果を示す。
(Joint reliability)
A cooling bath test was performed using a liquid bath and a low temperature side of −40 ° C. × 5 minutes and a high temperature side of 150 ° C. × 5 minutes. The presence or absence of destruction of the ceramic substrate after 2000 cycles was investigated with an ultrasonic flaw detector (produced by Insight, ultrasonic flaw detector). Tests were performed on each of the six power module substrates. “◎” when the probability of destruction was 0%, “◯” when greater than 0% and less than 50%, and “x” when greater than 50%. It was evaluated.
Table 1 shows the results.
表１からわかるように、リードフレーム接合部（第２層）にビッカース硬度が１９以上のアルミニウム合金を用いた発明例１〜８では、接合強度が比較例１に比べ高くなることがわかった。
また、第２層を形成しなかった比較例１では、回路層とリードフレームとの接合強度が低かった。第２層を第１層の全面に設けた比較例２では、半導体素子が熱伝導率の低いアルミニウム合金に接合されているため、熱抵抗が大きくなった。さらに、第１層に純度の低い（剛性の高い）アルミニウム合金を用いた比較例３では、接合信頼性が低下した。
As can be seen from Table 1, in Invention Examples 1 to 8 using an aluminum alloy having a Vickers hardness of 19 or more for the lead frame joint (second layer), it was found that the joint strength was higher than that of Comparative Example 1.
Further, in Comparative Example 1 in which the second layer was not formed, the bonding strength between the circuit layer and the lead frame was low. In Comparative Example 2 in which the second layer was provided on the entire surface of the first layer, the semiconductor element was bonded to an aluminum alloy having a low thermal conductivity, so that the thermal resistance increased. Furthermore, in Comparative Example 3 in which a low purity (high rigidity) aluminum alloy was used for the first layer, the bonding reliability was lowered.
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, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, a various change can be added.
１１ セラミックス基板
１２ 回路層
１３ 金属層
１５ 第１積層基板
１６ 第２積層基板
２１ 第１層
２２ 第２層
２３ 凹部
２５ クラッド材
３１ ろう材
３２，３４ ろう材層（ろう材）
３３ 接合芯材
３５ ろう材（両面ろうクラッド材）
４１ 放熱板
５１ リードフレーム
６１ 半導体素子
１００ パワーモジュール
１０１〜１０４ パワーモジュール用基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Ceramic substrate 12 Circuit layer 13 Metal layer 15 1st laminated substrate 16 2nd laminated substrate 21 1st layer 22 2nd layer 23 Recess 25 Clad material 31 Brazing material 32, 34 Brazing material layer (brazing material)
33 Bonding core material 35 Brazing material (double-sided brazing clad material)
41 heat sink 51 lead frame 61 semiconductor element 100 power module 101-104 power module substrate
Claims (5)
前記回路層が、前記セラミックス基板に接合される第１層と、該第１層の前記セラミックス基板とは反対側の面に部分的に設けられて前記リードフレームが接合される第２層とにより構成され、
前記第１層は、純度９９．９０質量％以上のアルミニウム材からなり、
前記第２層は、ビッカース硬度が１９以上のアルミニウム材からなることを特徴とするパワーモジュール用基板。 A circuit layer is bonded to one surface of a ceramic substrate having a thickness of 0.2 mm to 1.5 mm made of nitride ceramic or oxide ceramic, and copper or a copper alloy is formed on the upper surface of the circuit layer. The lead frame is directly joined,
The circuit layer includes a first layer that is bonded to the ceramic substrate, and a second layer that is partially provided on a surface of the first layer opposite to the ceramic substrate and to which the lead frame is bonded. Configured,
The first layer is made of an aluminum material having a purity of 99.90% by mass or more,
The power module substrate, wherein the second layer is made of an aluminum material having a Vickers hardness of 19 or more.
前記第１層の前記セラミックス基板とは反対側の面に部分的にビッカース硬度が１９以上のアルミニウム材をろう付けして第２層を形成するとともに、前記金属層の前記セラミックス基板とは反対側の面にアルミニウム材をろう付けして放熱板を形成することにより、第２積層基板を形成する第２接合工程と、
前記第２積層基板の前記第２層に銅又は銅合金からなるリードフレームを超音波接合により直接接合する第３接合工程とを有することを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。 An aluminum material having a purity of 99.90 mass% or more is bonded to one surface of a ceramic substrate having a thickness of 0.2 mm to 1.5 mm made of nitride ceramic or oxide ceramic to form a first layer. And a first bonding step of forming a first laminated substrate by bonding an aluminum material to the other surface of the ceramic substrate to form a metal layer;
The second layer is formed by brazing an aluminum material having a Vickers hardness of 19 or more partially on the surface of the first layer opposite to the ceramic substrate, and the metal layer is opposite to the ceramic substrate. A second joining step of forming a second laminated substrate by brazing an aluminum material on the surface of the substrate to form a heat sink;
And a third bonding step of directly bonding a lead frame made of copper or a copper alloy to the second layer of the second laminated substrate by ultrasonic bonding.
前記第２層となるアルミニウム材の前記第１層との接合面にろう材層が積層されたクラッド材を用いることを特徴とする請求項３に記載のパワーモジュール用基板の製造方法。 In the second joining step,
4. The method for manufacturing a power module substrate according to claim 3, wherein a clad material in which a brazing material layer is laminated on a joint surface of the aluminum material to be the second layer with the first layer is used.
前記第２接合工程において、前記凹部内に前記第２層を収容した状態とすることにより、前記凹部の周囲の前記第１層の上面と前記第２層の上面とを面一に設けることを特徴とする請求項３又は４に記載のパワーモジュール用基板の製造方法。 At least before the second bonding step, a recess is formed on the upper surface of the first layer,
In the second bonding step, the upper surface of the first layer and the upper surface of the second layer around the recess are provided flush with each other by placing the second layer in the recess. The manufacturing method of the board | substrate for power modules of Claim 3 or 4 characterized by the above-mentioned.
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