JPH0951060A - パワーモジュール用基板の端子構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱的応力が生じても、熱変形を吸収してセラミ
ック基板の反りや割れを防止し、セラミック基板を薄く
して小型にできかつ比較的軽くする。 【解決手段】Ａｌ₂Ｏ₃又はＡｌＮにより形成されたセラ
ミック基板１３に回路板１４が直接又は第１ろう材を介
して積層接着され、この回路板１４に第２ろう材１２と
可塑性多孔質金属層１７と第２ろう材１２とを介して端
子１８が積層接着される。端子１８はセラミック基板１
３と異なる熱膨張係数を有する。回路板１４はＣｕ又は
Ａｌにより形成され、可塑性多孔質金属層１７は気孔率
２０〜５０％のＣｕ、Ａｌ又はＡｇの多孔質焼結体であ
る。また端子１８はＣｕ又はＡｌにより形成され、第２
ろう材１２はＡｇ−Ｃｕ又はＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材で
ある。端子に接着される可塑性多孔質金属層の面積が端
子の接続部分を除いた配線部分の断面積に対して２〜８
倍であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電力を供給するパワ
ーモジュール用基板の端子構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のパワーモジュール用基板
として、Ｃｕ又はＡｌにより形成された回路板をセラミ
ック基板に接着するものが知られている。この接着する
方法として、セラミック基板及び回路板をＡｌ₂Ｏ₃及び
Ｃｕによりそれぞれ形成した場合、セラミック基板と回
路板とを重ねた状態でこれらに荷重０．５〜２ｋｇｆ／
ｃｍ²を加え、Ｎ₂雰囲気中で１０６５℃に加熱するいわ
ゆるＤＢＣ法（Direct Bonding Copper 法）、又はセラ
ミック基板と回路板との間にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材の
箔を挟んだ状態でこれらに荷重０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ
²を加え、真空中で８００〜９００℃に加熱するいわゆ
る活性金属法がある。このように積層接着された回路板
には通常端子が設けられる。この端子構造では、Ｎｉめ
っきを施したＣｕやＡｌにより形成された端子の一端の
接続部分がＳｎ−Ｐｂ系、Ｐｂ−Ｉｎ系、Ａｇ−Ｓｎ系
等のはんだを用いてセラミック基板の回路板に接着され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記端子構造
では、回路板の上に更に端子の一端である接続部分を接
着するため、セラミック基板上で局部的に急激に厚さ寸
法が増加していた。この端子構造では使用環境温度が低
温と高温の間を繰返し変化する温度サイクルを受ける
と、はんだを含む回路板と端子の接続部分の各熱膨張係
数がセラミック基板の熱膨張係数と相違することに起因
して端子の接続部分のセラミック基板に応力が集中して
セラミック基板に割れを生じたりする問題点があった。
特に電流密度を高めるために端子を厚くすると、セラミ
ック基板が薄い場合にはセラミック基板が破損する恐れ
もあった。また、はんだ接合部でクラックが発生し、は
んだで破壊する不具合も多く生じる。これらの点を解消
するためにセラミック基板を厚くすると、質量の増加と
形状の大型化を招く問題点がある。また、端子の一端で
ある接続部分が接着される部分の回路板を凹ませたり、
或いはセラミック基板から浮かせると、上記応力は集中
しなくなるけれども回路板の加工が複雑になる不具合が
あった。本発明の目的は、使用環境温度が変化して熱的
応力が生じても、これを吸収してはんだ部の剥がれや、
セラミック基板の反りや割れを防止できるパワーモジュ
ール用基板の端子構造を提供することにある。本発明の
別の目的は、セラミック基板の反りや割れを防止するこ
とにより、セラミック基板を薄くして小型にできかつ比
較的軽くすることのできるパワーモジュール用基板の端
子構造を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１又は図２に示すように、Ａｌ₂Ｏ₃又はＡｌＮにより
形成されたセラミック基板１３に直接又は第１ろう材５
１を介して積層接着された回路板１４と、回路板１４に
第２ろう材１２を介して積層接着された可塑性多孔質金
属層１７と、可塑性多孔質金属層１７に第２ろう材１２
を介して一端の接続部分１８ａが接着されセラミック基
板１３と異なる熱膨張係数を有する端子１８とを備えた
パワーモジュール用基板の端子構造である。請求項２に
係る発明は、図１に示すように、回路板１４がＣｕによ
り形成され、回路板１４が直接セラミック基板１３に積
層接着されたパワーモジュール用基板の端子構造であ
る。回路板１４がＣｕにより形成され、セラミック基板
１３がＡｌ₂Ｏ₃により形成される場合には、セラミック
基板１３と回路板１４とを重ねた状態でこれらに荷重
０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ²を加え、Ｎ₂雰囲気中で１０６
５〜１０７５℃に加熱するＤＢＣ法により接着される。
また回路板１４がＣｕにより形成され、セラミック基板
１３がＡｌＮにより形成される場合には、予めセラミッ
ク基板１３を１０００〜１４００℃で酸化処理してその
表面にＡｌ₂Ｏ₃層を最適な厚さで形成した後、上記と同
様のＤＢＣ法によりセラミック基板１３に回路板１４が
積層接着される。

【０００５】請求項３に係る発明は、図２に示すよう
に、回路板１４がＣｕにより形成され、第１ろう材５１
がＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材であるパワーモジュール用基
板の端子構造である。回路板１４がＣｕにより形成さ
れ、セラミック基板１３がＡｌ₂Ｏ₃により形成される場
合には、セラミック基板１３と回路板１４との間に第１
ろう材であるＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材の箔を挟んだ状態
でこれらに荷重０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ²を加え、真空
中で８００〜９００℃に加熱する活性金属法により、回
路板１４がセラミック基板１３に積層接着される。また
回路板１４がＣｕにより形成され、セラミック基板１３
がＡｌＮにより形成される場合には、予めセラミック基
板１３を１０００〜１４００℃で酸化処理してその表面
にＡｌ₂Ｏ₃層を最適な厚さで形成した後、上記と同様の
活性金属法によりセラミック基板１３に回路板１４が積
層接着される。

【０００６】請求項４に係る発明は、回路板１４がＡｌ
により形成され、第１ろう材５１がＡｌ−Ｓｉろう材で
あるパワーモジュール用基板の端子構造である。回路板
１４がＡｌにより形成され、セラミック基板１３がＡｌ
₂Ｏ₃又はＡｌＮにより形成される場合には、セラミック
基板１３と回路板１４との間に第１ろう材であるＡｌ−
Ｓｉろう材の箔を挟んだ状態でこれらに荷重０．５〜２
ｋｇｆ／ｃｍ²を加え、真空中で６００〜６５０℃に加
熱することにより、回路板１４がセラミック基板１３に
積層接着される。

【０００７】請求項５に係る発明は、可塑性多孔質金属
層１７が気孔率２０〜５０％のＣｕ，Ａｌ又はＡｇの多
孔質焼結体であるパワーモジュール用基板の端子構造で
ある。可塑性多孔質金属層１７は下記の方法により製造
される。先ず平均粒径５〜１００μｍの金属粉と、水溶
性樹脂バインダと、非水溶性炭化水素系有機溶剤と、界
面活性剤と、水とを混練した後、可塑剤を添加して更に
混練して得られた金属粉含有スラリーをドクタブレード
法により成形体にする。次いでこの成形体を５〜１００
℃で０．２５〜４時間保持して上記成形体中の可塑剤を
揮発させ発泡させた後、５０〜２００℃で０．５〜１時
間保持し乾燥して薄板状多孔質成形体にする。次にこの
多孔質成形体を所定の雰囲気中で５００〜１０６０℃で
０．５〜４時間加熱して保持し、スケルトン構造を有す
る気孔率９０〜９３％、厚さ０．５〜５ｍｍの薄板状多
孔質焼結体にする。更にこの多孔質焼結体を厚さ０．２
〜３ｍｍに圧延することにより、気孔率が２０〜５０％
の可塑性多孔質金属層１７が得られる。

【０００８】Ｃｕの可塑性多孔質金属層では金属粉とし
て平均粒径５〜１００μｍのＣｕ粉が用いられ、Ａｌの
可塑性多孔質金属層では金属粉として平均粒径５〜１０
０μｍのＡｌ粉と平均粒径５〜１００μｍのＣｕ粉の混
合物が用いられ、Ａｇの可塑性多孔質金属層では金属粉
として平均粒径５〜１００μｍのＡｇ粉が用いられる。
水溶性樹脂バインダとしてはメチルセルロース、ヒドロ
キシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチ
ルセルロース、カルボキシメチルセルロースアンモニウ
ム、エチルセルロース等が用いられ、非水溶性炭化水素
系有機溶剤としてはネオペンタン、ヘキサン、イソヘキ
サン、ヘプタン等が用いられる。また界面活性剤として
は市販の台所用中性合成洗剤（例えばアルキルグルコシ
ドとポリオキシエチレンアルキルエーテルの２８％混合
水溶液）が用いられ、可塑剤としてはエチレングリコー
ル、ポリエチレングリコール、グリセリン等の多価アル
コールや、イワシ油、菜種油、オリーブ油等の油脂や、
石油エーテル等のエーテルや、フタル酸ジエチル、フタ
ル酸ジＮブチル、フタル酸ジエチルヘキシル、フタル酸
ジＮオクチル等のエステルが用いられる。

【０００９】請求項６に係る発明は、端子１８がＣｕ又
はＡｌにより形成されたパワーモジュール用基板の端子
構造である。端子１８はＣｕ板若しくはＡｌ板のプレス
成形又はエッチング加工により形成される。端子１８は
第２ろう材１２を介して可塑性多孔質金属層に積層接着
される接続部分１８ａを有する。接続部分１８ａはＣｕ
又はＡｌにより一体的に成形され図３に示すように所定
の大きさを有するプレート状に加工される。

【００１０】請求項７に係る発明は、図３に示すよう
に、端子１８の一端の接続部分１８ａが接着される可塑
性多孔質金属層１７の面積Ａが端子１８の接続部分１８
ａを除いた配線部分１８ｂの断面積Ｂに対して２〜１０
倍であるパワーモジュール用基板の端子構造である。図
３に示すように、端子１８の一端の接続部分１８ａに接
着される可塑性多孔質金属層１７の面積Ａは端子１８の
接続部分１８ａを除いた配線部分１８ｂの断面積Ｂの２
倍以下であれば可塑性多孔質金属層１７における抵抗が
配線部分の抵抗に比較して大きくなり発熱する恐れがあ
る。また、１０倍以上であれば、配線面積の増大から基
板が大型化する恐れがある。特に、３〜５倍であれば抵
抗値が増大することもなく基板も大型化することがなく
更に好ましい。

【００１１】請求項８に係る発明は、回路板１４及び端
子１８がそれぞれＣｕにより形成され、可塑性多孔質金
属層１７がＣｕ又はＡｇにより形成され、第２ろう材１
２がＡｇ−Ｃｕろう材であるパワーモジュール用基板の
端子構造である。第２ろう材１２としてＡｇ−Ｃｕろう
材の箔を用いる場合には、セラミック基板１３に積層接
着された回路板１４に第２ろう材１２、可塑性多孔質金
属層１７、第２ろう材１２及び端子１８を重ねた状態で
これらに荷重０．１〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ²を加え、水
素雰囲気中で８００〜８５０℃に加熱することにより、
端子１８が第２ろう材１２、可塑性多孔質金属層１７及
び第２ろう材１２を介して回路板１４に積層接着され
る。

【００１２】請求項９に係る発明は、回路板１４、可塑
性多孔質金属層１７及び端子１８の少なくともいずれか
１つがＡｌにより形成され、第２ろう材１２がＡｌ−Ｓ
ｉろう材であるパワーモジュール用基板の端子構造であ
る。第２ろう材としてＡｌ−Ｓｉろう材の箔を用いる場
合には、セラミック基板１３に積層接着された回路板１
４に第２ろう材１２、可塑性多孔質金属層１７、第２ろ
う材１２及び端子１８を重ねた状態でこれらに荷重０．
１〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ²を加え、真空中で５５０〜６
３０℃に加熱することにより、端子１８が第２ろう材１
２、可塑性多孔質金属層１７及び第２ろう材１２を介し
て回路板１４に積層接着される。

【００１３】

【作用】図１又は図２に示されるパワーモジュール用基
板１０又は５０では、セラミック基板１３と端子１８と
の熱膨張係数が異なることに起因して、パワーモジュー
ル用基板１０又は５０の使用環境における温度サイクル
から生じるセラミック基板１３や端子１８の熱変形を可
塑性多孔質金属層１７が吸収してセラミックス基板１３
に応力が集中することを防止するまた、端子１８の一端
の接続部分１８ａに接着される可塑性多孔質金属層１７
の面積を端子１８の接続部分１８ａを除いた配線部分１
８ｂの断面積に対して２〜１０倍にすることにより、可
塑性多孔質金属層１７での抵抗値が配線部分１８ｂより
大きくなることがなく、可塑性多孔質金属層１７におけ
る発熱を防止する。

【００１４】

【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく
説明する。 ＜実施例１＞図１に示すように、パワーモジュール用基
板１０はセラミック基板１３の上面に直接積層接着され
た回路板１４と、回路板１４に第２ろう材１２を介して
積層接着された可塑性多孔質金属層１７と、可塑性多孔
質金属層１７に第２ろう材１２とを介して一端の接続部
分１８ａが接着されセラミック基板１３と異なる熱膨張
係数を有する端子１８とを備える。本実施例ではセラミ
ック基板１３の下面に反りを防止するための金属薄板１
６が接着される。セラミック基板１３をＡｌ₂O₃含有量
が９６％のセラミック材料により縦、横及び厚さがそれ
ぞれ３０ｍｍ、７０ｍｍ及び０．６３５ｍｍの長方形の
薄板状に形成し、回路板１４及び金属薄板１６をＣｕに
より縦、横及び厚さがそれぞれ３０ｍｍ、７０ｍｍ及び
０．３ｍｍの長方形の薄板状に形成した。回路板１４及
び金属薄板１６をＤＢＣ法によりセラミック基板１３の
上面及び下面にそれぞれ積層接着した。即ちセラミック
基板１３の上面及び下面に回路板１４及び金属薄板１６
をそれぞれ重ねた状態でこれらに荷重２．０ｋｇｆ／ｃ
ｍ²を加え、Ｎ₂雰囲気中で１０６５℃に加熱することに
より積層接着した。セラミック基板１３の上面に積層接
着された金属薄板１６をＦｅＣｌ₃水溶液でエッチング
して所定の形状の回路板にした。

【００１５】可塑性多孔質金属層１７は気孔率３０％の
Ｃｕの多孔質焼結体である。この可塑性多孔質金属層１
７を以下の方法により製造した。先ず平均粒径４０μｍ
のＣｕ粉８０ｇと、水溶性メチルセルロース樹脂バイン
ダ２．５ｇと、グリセリン５ｇと、界面活性剤０．５ｇ
と、水２０ｇとを３０分間混練した後、ヘキサンを１ｇ
添加して更に３分間混練して得られた金属粉含有スラリ
ーをドクタブレード法により成形体にした。次いで上記
成形体を温度４０℃に３０分間保持して上記成形体中の
ヘキサンを揮発させて発泡させた後、温度９０℃に４０
分間保持し乾燥して薄板状多孔質成形体にした。次にこ
の多孔質成形体を空気中で５００℃に０．５時間加熱し
て保持した後、水素中で１０００℃に１時間加熱して保
持し、スケルトン構造を有する気孔率９２〜９５％、厚
さ３ｍｍの薄板状多孔質焼結体にした。更にこの多孔質
焼結体を厚さ１ｍｍに圧延して気孔率３０％の可塑性多
孔質金属層１７を得た。また上記可塑性多孔質金属層１
７を縦及び横が５ｍｍ及び４．８ｍｍの長方形状に切断
した。

【００１６】端子１８を厚さ０．８ｍｍのＣｕ板をプレ
ス加工により形成し、第２ろう材１２としてＡｇ−Ｃｕ
ろう材の箔を用いた。端子１８は第２ろう材１２を介し
て可塑性多孔質金属層１７に積層接着される縦及び横が
それぞれ５ｍｍ及び４．８ｍｍの長方形状の接続部分１
８ａを有する。図３に示すように、端子１８の接続部分
１８ａを除いた配線部分１８ｂの幅寸法ｂは５ｍｍであ
り、この断面積は４ｍｍ²である。従って、端子１８に
接着される可塑性多孔質金属層１７の面積Ａは端子１８
の接続部分１８ａを除いた配線部分１８ｂの断面積Ｂに
対して５倍である。セラミック基板１３の上面に積層接
着された回路板１４の上面に第２ろう材１２、可塑性多
孔質金属層１７、第２ろう材１２及び端子１８の接続部
分１８ａを重ねた状態でこれらに荷重０．２ｋｇｆ／ｃ
ｍ²を加え、水素雰囲気中で８００℃に加熱することに
より、端子１８を第２ろう材１２、可塑性多孔質金属層
１７及び第２ろう材１２を介して回路板１４の上面に積
層接着した。このようにしてパワーモジュール用基板１
０を得た。

【００１７】＜実施例２＞図示しないが、端子をＡｌに
より実施例１の端子と同形同大に形成し、第２ろう材と
してＡｌ−Ｓｉろう材の箔を用いた。セラミック基板の
上面に積層接着された回路板の上面に第２ろう材、可塑
性多孔質金属層及び第２ろう材を介して端子の接続部分
を重ねた状態でこれらに荷重０．２ｋｇｆ／ｃｍ²を加
え、真空中で６００℃に加熱することにより、端子を第
２ろう材、可塑性多孔質金属層及び第２ろう材を介して
回路板に積層接着した。このようにしてパワーモジュー
ル用基板を得た。上記以外の構成は実施例１と同一であ
る。

【００１８】＜実施例３＞図示しないが、可塑性多孔質
金属層は気孔率３０％のＡｌの多孔質焼結体である。こ
の可塑性多孔質金属層を以下の方法により製造した。先
ず平均粒径２５μｍのＡｌ粉５０ｇと、平均粒径９μｍ
のＣｕ粉１．２ｇと、水溶性メチルセルロース樹脂バイ
ンダ２．５ｇと、グリセリン５ｇと、界面活性剤０．５
ｇと、水２０ｇとを３０分間混練した後、ヘキサンを１
ｇ添加して更に３分間混練して得られた金属粉含有スラ
リーをドクタブレード法により成形体にした。次いで上
記成形体を温度４０℃に３０分間保持して上記成形体中
のヘキサンを揮発させて発泡させた後、温度９０℃に４
０分間保持し乾燥して薄板状多孔質成形体にした。次に
この多孔質成形体を空気中で６５０℃に１時間加熱して
保持した後、水素中で１０００℃に１時間加熱して保持
し、スケルトン構造を有する気孔率９３〜９６％、厚さ
３ｍｍの薄板状多孔質焼結体にした。更にこの多孔質焼
結体を厚さ１ｍｍに圧延して気孔率３０％の可塑性多孔
質金属層を得た。また第２ろう材としてＡｌ−Ｓｉろう
材の箔を用い、端子をＣｕにより形成した。上記以外の
構成は実施例２と同一である。

【００１９】＜実施例４＞図示しないが、可塑性多孔質
金属層がＡｌの多孔質焼結体であることを除いて、構成
は実施例２と同一である。 ＜実施例５＞図２に示すように、この例のパワーモジュ
ール用基板５０では、セラミック基板１３の上面及び下
面に第１ろう材５１であるＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材の箔
を介して活性金属法により回路板１３及び金属薄板１６
をそれぞれ積層接着した。即ちセラミック基板１３の上
面及び下面に第１ろう材５１を挟んで回路板１４及び金
属薄板１６をそれぞれ重ねた状態でこれらに荷重２．０
ｋｇｆ／ｃｍ²を加え、真空中で８５０℃に加熱するこ
とにより積層接着した。上記以外の構成は実施例１と同
一であり、図２において図１と同一符号は同一部品を示
す。

【００２０】＜実施例６＞図示しないが、この例のパワ
ーモジュール基板では、セラミック基板の上面及び下面
に第１ろう材であるＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材の箔を介し
て活性金属法により回路板及び金属薄板をそれぞれ積層
接着したことを除いて、構成は実施例２と同一である。 ＜実施例７及び８＞図示しないが、実施例７及び８で
は、セラミック基板の上面及び下面に第１ろう材である
Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材の箔を介して活性金属法により
回路板及び金属薄板をそれぞれ積層接着したことを除い
て、構成は実施例３及び４とそれぞれ同一である。

【００２１】＜実施例９＞図示しないが、この例では、
回路板及び金属薄板を厚さ０．４ｍｍのＡｌにより実施
例５の回路板及び金属薄板と同じ大きさにそれぞれ形成
し、セラミック基板の上面及び下面に第１ろう材である
Ａｌ−Ｓｉろう材の箔を介して回路板及び金属薄板をそ
れぞれ積層接着した。即ちセラミック基板の上面及び下
面に第１ろう材を挟んで回路板及び金属薄板をそれぞれ
重ねた状態でこれらに荷重２．０ｋｇｆ／ｃｍ²を加
え、真空中で６３０℃に加熱することにより積層接着し
た。また第２ろう材としてＡｌ−Ｓｉろう材の箔を用
い、セラミック基板の上面積層接着された回路板の上面
に第２ろう材、可塑性多孔質金属層及び第２ろう材を介
して端子を重ねた状態でこれらに荷重０．２ｋｇｆ／ｃ
ｍ²を加え、真空中で６００℃に加熱することにより、
端子を第２ろう材、可塑性多孔質金属層及び第２ろう材
を介して回路板に積層接着した。上記以外の構成は実施
例５と同一である。

【００２２】＜実施例１０〜１２＞図示しないが、実施
例１０〜１２では、回路板及び金属薄板をＡｌによりそ
れぞれ形成し、第１ろう材としてＡｌ−Ｓｉろう材の箔
を用いたことを除いて、構成は実施例６〜８とそれぞれ
同一である。 ＜実施例１３〜１６＞図示しないが、実施例１３〜１６
では、セラミック基板をＡｌＮにより形成したことを除
いて、構成は実施例１〜４とそれぞれ同一である。但
し、予めセラミック基板を１３００℃で酸化処理してそ
の表面にＡｌ₂Ｏ₃層を最適な厚さで形成しておいた。 ＜実施例１７〜２４＞図示しないが、実施例１７〜２４
では、セラミック基板をＡｌＮにより形成したことを除
いて、構成は実施例５〜１２とそれぞれ同一である。

【００２３】＜比較例１＞図示しないが、可塑性多孔質
金属層を用いないことを除いて、実施例１と同一の構成
のパワーモジュール用基板を比較例１とした。即ちパワ
ーモジュール用基板はセラミック基板の上面及び下面に
ＤＢＣ法によりそれぞれ直接積層接着された回路板及び
金属薄板と、回路板に第２ろう材２であるＡｇ−Ｃｕろ
う材の箔を介して積層接着された端子とを備える。 ＜比較例２＞図示しないが、可塑性多孔質金属層を用い
ないことを除いて、実施例５と同一の構成のパワーモジ
ュール用基板を比較例２とした。即ちパワーモジュール
用基板はセラミック基板の上面及び下面に第１ろう材１
であるＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材の箔を介して活性金属法
によりそれぞれ積層接着された回路板及び金属薄板と、
回路板に第２ろう材２であるＡｇ−Ｃｕろう材の箔を介
して積層接着された端子とを備える。

【００２４】＜比較例３及び４＞図示しないが、可塑性
多孔質金属層を用いないことを除いて、実施例１３及び
１７と同一の構成のパワーモジュール用基板をそれぞれ
比較例３及び４とした。 ＜比較例５及び６＞図示しないが、可塑性多孔質金属層
を用いないこと、及びはんだにより回路板と端子を接合
することを除いて、実施例７及び１９と同一の構成のパ
ワーモジュール用基板をそれぞれ比較例５及び６とし
た。即ち、パワーモジュール用基板はセラミック基板の
上面及び下面に第１ろう材１であるＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろ
う材の箔を介して活性金属法によりそれぞれ積層接着さ
れた回路板及び金属薄板と、回路板にはんだにより接着
された端子とを備える。上記実施例１〜２４及び比較例
１〜６の構成を表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】＜比較試験と評価＞実施例１〜２４及び比
較例１〜６のパワーモジュール用基板に−４０℃〜１２
５℃の温度サイクル条件で０サイクル（温度サイクルを
全く与えない）、１０サイクル及び５０サイクルの温度
サイクルを与えた後、端子間に一定の電流１０Ａを流し
たときの電圧値の変化を測定した。またセラミック基板
の割れ率Ｃ_r（％）はセラミック基板から端子部をエッ
チングして全て剥がし、顕微鏡で積層接着周囲の割れの
長さＬ_c（ｍｍ）とエッチング前の回路の全周長さＬ
_a（ｍｍ）を測定して式より求めた。 Ｃ_r＝（Ｌ_c／Ｌ_a）×１００ …… これらの結果を表２に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２から明らかなように、割れ率は実施例
の方が従来例より著しく低くなっていることが判った。
また電圧値においては実施例において変化していない
が、比較例１〜４では５０サイクル後に端子の剥がれが
発生しており、比較例５及び６においては５０サイクル
後に著しく増加していることが判った。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、セ
ラミック基板に直接又は第１ろう材を介して積層接着さ
れた回路板と、回路板に第２ろう材を介して積層接着さ
れた可塑性多孔質金属層と、可塑性多孔質金属層に第２
ろう材を介して一端の接続部分が接着されセラミック基
板と異なる熱膨張係数を有する端子とを備えたので、パ
ワーモジュール用基板の使用環境における温度サイクル
から生じるセラミック基板や端子の熱変形を可塑性多孔
質金属層が吸収してセラミックス基板に応力が集中する
ことを防止する。この結果、使用環境温度が変化して熱
的応力が生じても、セラミック基板の反りや割れを防止
できる。また可塑性多孔質金属層が気孔率２０〜５０％
のＣｕ，Ａｌ又はＡｇの多孔質焼結体であり、端子の接
続部分に接着される可塑性多孔質金属層の面積が端子の
接続部分を除いた配線部分の断面積に対して２〜８倍で
あれば、可塑性多孔質金属層での抵抗値が配線部分より
大きくなることがなく、使用に際して電流抵抗による発
熱が生じることがない。更に、セラミック基板の反りや
割れを防止できることから、セラミック基板を薄くして
パワーモジュール用基板を小型にできかつ比較的軽くす
ることのできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例１のパワーモジュール用基板の断
面図。

【図２】本発明の実施例５を示す図１に対応する断面
図。

【図３】本発明の実施例に用いた端子の接続部分を示す
斜視図。

【符号の説明】

１０，５０ パワーモジュール用基板 １２ 第２ろう材 １３ セラミック基板 １４ 回路板 １７ 可塑性多孔質金属層 １８ 端子 １８ａ 接続部分 １８ｂ 配線部分 ５１ 第１ろう材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 初鹿 昌文 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｌ₂Ｏ₃又はＡｌＮにより形成されたセ
   ラミック基板(13)に直接又は第１ろう材(51)を介して積
   層接着された回路板(14)と、 前記回路板(14)に第２ろう材(12)を介して積層接着され
   た可塑性多孔質金属層(17)と、 前記可塑性多孔質金属層(17)に前記第２ろう材(12)を介
   して一端の接続部分(18a)が接着され前記セラミック基
   板(13)と異なる熱膨張係数を有する端子(18)とを備えた
   パワーモジュール用基板の端子構造。
2. 【請求項２】 回路板(14)がＣｕにより形成され、前記
   回路板(14)が直接セラミック基板(13)に積層接着された
   請求項１記載のパワーモジュール用基板の端子構造。
3. 【請求項３】 回路板(14)がＣｕにより形成され、第１
   ろう材(51)がＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材である請求項１記
   載のパワーモジュール用基板の端子構造。
4. 【請求項４】 回路板(14)がＡｌにより形成され、第１
   ろう材(51)がＡｌ−Ｓｉろう材である請求項１記載のパ
   ワーモジュール用基板の端子構造。
5. 【請求項５】 可塑性多孔質金属層(17)が気孔率２０〜
   ５０％のＣｕ，Ａｌ又はＡｇの多孔質焼結体である請求
   項１ないし４いずれか記載のパワーモジュール用基板の
   端子構造。
6. 【請求項６】 端子(18)がＣｕ又はＡｌにより形成され
   た請求項１ないし５いずれか記載のパワーモジュール用
   基板の端子構造。
7. 【請求項７】 端子(18)の一端の接続部分(18a)が接着
   される可塑性多孔質金属層(17)の面積(A)が前記端子(1
   8)の接続部分(18a)を除いた配線部分(18b)の断面積(B)
   に対して２〜８倍である請求項１ないし６いずれか記載
   のパワーモジュール用基板の端子構造。
8. 【請求項８】 回路板(14)及び端子(18)がそれぞれＣｕ
   により形成され、可塑性多孔質金属層(17)がＣｕ又はＡ
   ｇにより形成され、第２ろう材(12)がＡｇ−Ｃｕろう材
   である請求項１記載のパワーモジュール用基板の端子構
   造。
9. 【請求項９】 回路板(14)、可塑性多孔質金属層(17)及
   び端子(18)の少なくともいずれか１つがＡｌにより形成
   され、第２ろう材(12)がＡｌ−Ｓｉろう材である請求項
   １記載のパワーモジュール用基板の端子構造。