(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱器と半導体装置の間に設けられる絶縁基板であって、
第１配線層と、第２配線層と、前記第１配線層と前記第２配線層の間に設けられているとともに前記第１配線層及び前記第２配線層がろう付けされている絶縁層と、を備えており、
前記第１配線層は、前記放熱器にろう付けされる第１部位を有しており、その第１部位の０．２％耐力が第１値であり、
前記第２配線層は、前記半導体装置にはんだ付けされる第２部位を有しており、その第２部位の０．２％耐力が第２値であり、
前記第１値が前記第２値よりも小さく、
前記第１配線層の前記第１部位の材料はアルミニウムを含んでおり、
前記第２配線層の前記第２部位の材料はアルミニウムを含んでおり、
前記第１部位のアルミニウムの重量パーセントが、前記第２部位のアルミニウムの重量パーセントよりも高く、
前記第１配線層は、前記絶縁層にろう付けされる第３部位を有しており、
前記第２配線層は、前記絶縁層にろう付けされる第４部位を有しており、
前記第３部位と前記第４部位のアルミニウムの重量パーセントが同一である絶縁基板。
【請求項２】
放熱器と半導体装置の間に設けられる絶縁基板であって、
第１配線層と、第２配線層と、前記第１配線層と前記第２配線層の間に設けられているとともに前記第１配線層及び前記第２配線層がろう付けされている絶縁層と、を備えており、
前記第１配線層は、前記放熱器にろう付けされる第１部位を有しており、その第１部位の０．２％耐力が第１値であり、
前記第２配線層は、前記半導体装置にはんだ付けされる第２部位を有しており、その第２部位の０．２％耐力が第２値であり、
前記第１値が前記第２値よりも小さく、
前記第１配線層の前記第１部位の材料はアルミニウムを含んでおり、
前記第２配線層の前記第２部位の材料はアルミニウムを含んでおり、
前記第１部位のアルミニウムの重量パーセントが、前記第２部位のアルミニウムの重量パーセントよりも高く、
前記第１配線層は、アルミニウムの重量パーセントが異なる複数の層で構成されており、
前記第２配線層も、アルミニウムの重量パーセントが異なる複数の層で構成されており、
前記第１配線層を構成する前記複数の層のそれぞれの０．２％耐力と厚みの積の合計が、前記第２配線層を構成する前記複数の層のそれぞれの０．２％耐力と厚みの積の合計と一致する絶縁基板。
【請求項３】
前記第１部位のアルミニウムの重量パーセントが、９９．９９％以上であり、
前記第２部位のアルミニウムの重量パーセントが、９９．９９％未満である請求項１又は２に記載の絶縁基板。
【請求項４】
前記第２配線層の前記第２部位の材料がアルミニウム合金である請求項３に記載の絶縁基板。
【請求項５】
前記アルミニウム合金のアルミニウムの重量パーセントが、９７．５５％以下である請求項４に記載の絶縁基板。
【請求項６】
前記第１配線層と前記第２配線層の少なくともいずれか一方は、中央部と周縁部の間に段差が形成されており、前記周縁部が前記中央部よりも薄い請求項１〜５のいずれか一項に記載の絶縁基板。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の絶縁基板を介して放熱器と半導体装置が接合されているモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱器と半導体装置の間に設けられる絶縁基板に関する。本発明はまた、その絶縁基板を介して放熱器と半導体装置が接合されているモジュールにも関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、放熱器と半導体装置の間に設けられる絶縁基板が開示されている。この種の絶縁基板は、第１配線層とセラミック絶縁層と第２配線層が積層した構造を備えている。第１配線層と第２配線層はそれぞれ、セラミック絶縁層にろう付けされている。第１配線層と第２配線層の材料にはアルミニウムが用いられ、セラミック絶縁層の材料には窒化アルミニウムが用いられることが多い。絶縁基板では、第１配線層と放熱器がろう付けされており、第２配線層と半導体装置がはんだ付けされている。
【０００３】
放熱器と絶縁基板と半導体装置で構成されるモジュールは、様々な分野で必要とされている。例えば、この種のモジュールは、直流電力を交流電力に変換して交流モータに供給する車載用のインバータ回路に用いられる。
【０００４】
車載用のインバータ回路は、温度変動幅の大きい環境下で用いられる。このため、車載用のインバータ回路では、そのような環境下でも特性が維持される必要がある。したがって、この種のモジュールでは、低温と高温の間で変動する温度環境に繰返し曝されたときの応力耐性に関する試験（一般的に、冷熱サイクル試験と呼ばれる）において、高い信頼性が要求される。さらに、車載用のインバータ回路では、大電流をＯＮ・ＯＦＦ制御することから、搭載される半導体装置自体が高温の発熱体となる。このため、この種のモジュールでは、半導体装置のＯＮ・ＯＦＦを繰り返したときの応力耐性に関する試験（一般的に、パワーサイクル試験と呼ばれる）においても、高い信頼性が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／１１６４３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のモジュールで用いられる絶縁基板では、第１配線層と第２配線層の材料に同一の重量パーセント（同一の純度）のアルミニウムが用いられている。ところが、本発明者らは、第１配線層と第２配線層に同一の純度のアルミニウムを用いた場合、冷熱サイクル試験とパワーサイクル試験の双方を満足させることが困難であることを突き止めた。
【０００７】
絶縁基板の第１配線層は、放熱器と絶縁基板のセラミック絶縁層の間に設けられており、放熱器とセラミック絶縁層のそれぞれにろう付けされている。このため、第１配線層には、冷熱サイクル試験において、放熱器とセラミック絶縁層の熱膨張差に起因する熱歪みが加わる。したがって、第１配線層には、冷熱サイクル試験を考慮した設計が必要となる。
【０００８】
一方、絶縁基板の第２配線層は、絶縁基板のセラミック絶縁層と半導体装置の間に設けられており、セラミック絶縁層にろう付けされているとともに、半導体装置にはんだ付けされている。このため、第２配線層とはんだ材が直接的に接触している。パワーサイクル試験では、半導体装置がＯＮ・ＯＦＦを繰返すと、半導体装置の面内において中央部付近をピークとする温度分布が形成される。本発明者らの検討の結果、この温度分布に起因して、第２配線層とはんだ材の接合面が波打つように変形し、はんだ材が破損することが分かってきた。この知見から、第２配線層には、パワーサイクル試験を考慮した設計が必要であることが分かってきた。このように、本発明者らの検討の結果、絶縁基板の第１配線層には冷熱サイクル試験を優先的に考慮した設計が必要であり、絶縁基板の第２配線層にはパワーサイクル試験を優先的に考慮した設計が必要であることが分かってきた。
【０００９】
本明細書で開示される技術は、冷熱サイクル試験とパワーサイクル試験の双方を満足する絶縁基板を提供することを目的としている。本明細書で開示される技術はさらに、そのような絶縁基板を介して放熱器と半導体装置が接合されているモジュールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本明細書で開示される技術では、絶縁基板の第１配線層が放熱器にろう付けされる部位の０．２％耐力の値と絶縁基板の第２配線層が半導体装置にはんだ付けされる部位の０．２％耐力の値が異なっていることを特徴としている。本明細書で開示される技術では、第１配線層の前記部位の０．２％耐力の値が第２配線層の前記部位の０．２％耐力の値よりも小さいことを特徴としている。即ち、第１配線層には、０．２％耐力の値が低く、比較的に柔らかい材料が用いられる。このため、柔らかい材料が第１配線層に採用されると、放熱器と絶縁基板の絶縁層の熱膨張差に起因する熱歪みが第１配線層に加わっても、柔らかい第１配線層がその熱歪みを緩和することができる。これにより、冷熱サイクル試験における信頼性を大幅に向上させることができる。一方、第２配線層には、０．２％耐力の値が高く、比較的に硬い材料が用いられる。このため、硬い材料が第２配線層に採用されると、温度サイクルストレスに起因する第２配線層の変形が抑制されることによって、はんだ材の変化を抑制することができる。これにより、パワーサイクル試験における信頼性を大幅に向上させることができる。このように、第１配線層と第２配線層に異なる０．２％耐力の値を有する材料を採用することにより、冷熱サイクル試験とパワーサイクル試験の双方を満足する絶縁基板を提供することができる。
【００１１】
すなわち、本明細書で開示される技術は、放熱器と半導体装置の間に設けられる絶縁基板に具現化される。絶縁基板は、第１配線層と、第２配線層と、第１配線層と第２配線層の間に設けられているとともに第１配線層及び第２配線層にろう付けされている絶縁層とを備えている。第１配線層は、放熱器にろう付けされる第１部位を有している。その第１部位の０．２％耐力が第１値である。第２配線層は、半導体装置にはんだ付けされる第２部位を有している。その第２部位の０．２％耐力が第２値である。本願明細書で開示される絶縁基板では、第１配線層の第１部位の第１値が第２配線層の第２部位の第２値よりも小さい。
【００１２】
本明細書で開示される絶縁基板では、第１配線層の第１部位の材料がアルミニウムを含んでおり、第２配線層の第２部位の材料がアルミニウムを含んでいてもよい。この場合、第１部位のアルミニウムの重量パーセントが、第２部位のアルミニウムの重量パーセントよりも高いのが望ましい。即ち、第１配線層の第１部位と第２配線層の第２部位に異なる純度のアルミニウムが用いられており、第１配線層には純度の高いアルミニウムが用いられ、第２配線層には純度の低いアルミニウムが用いられるのが望ましい。第１配線層に用いられる純度の高いアルミニウムは、０．２％耐力の値が低くなるので、比較的に柔らかい。第２配線層に用いられる純度の低いアルミニウムは、０．２％耐力の値が高くなるので、比較的に硬い。このように、第１配線層と第２配線層に異なる純度のアルミニウムを採用することにより、冷熱サイクル試験とパワーサイクル試験の双方を満足する絶縁基板を提供することができる。
【００１３】
本明細書で開示される絶縁基板では、第１配線層の第１部位のアルミニウムの重量パーセントが９９．９９％以上であり、第２配線層の第２部位のアルミニウムの重量パーセントが９９．９９％未満であるのが望ましい。
【００１４】
本明細書で開示される絶縁基板では、第２配線層の第２部位の材料がアルミニウム合金であるのが望ましい。より好ましくは、アルミニウム合金のアルミニウムの重量パーセントが、９７．５５％以下であるのが望ましい。第２配線層の第２部位の材料にアルミニウム合金が用いられていると、パワーサイクル試験の信頼性が向上することが本願明細書において確認されている。
【００１５】
本明細書で開示される絶縁基板では、第１配線層が、絶縁層にろう付けされる第３部位を有している。さらに、本明細書で開示される絶縁基板では、第２配線層が、絶縁層にろう付けされる第４部位を有している。この場合、第３部位と第４部位のアルミニウムの重量パーセントが同一であるのが望ましい。この絶縁基板によると、絶縁層の両面に、同じ重量パーセントである第１配線層の第３部位と第２配線層の第４部位が接合されている。このため、絶縁層の両面に対して第１配線層と第２配線層を同一条件でろう付けさせることができるので、高品質な絶縁基板を製造することができる。
【００１６】
本明細書で開示される絶縁基板では、第１配線層が、アルミニウムの重量パーセントが異なる複数の層で構成されていてもよい。また、第２配線層も、アルミニウムの重量パーセントが異なる複数の層で構成されていてもよい。この場合、第１配線層を構成する複数の層のそれぞれの０．２％耐力と厚みの積の合計が、第２配線層を構成する複数の層のそれぞれの０．２％耐力と厚みの積の合計と一致するのが望ましい。この態様の絶縁基板によると、絶縁基板の反りが抑制され、実装性が向上する。
【００１７】
本明細書で開示される絶縁基板では、第１配線層と第２配線層の少なくともいずれか一方が、中央部と周縁部の間に段差が形成されており、周縁部が中央部よりも薄いのが望ましい。この態様の絶縁基板によると、絶縁基板の周縁部における熱歪みが抑制される。
【００１８】
本明細書で開示される技術によると、上記絶縁基板を介して放熱器と半導体装置が接合されているモジュールを提供することができる。本明細書で開示されるモジュールは、冷熱サイクル試験とパワーサイクル試験の双方において高い信頼性を有している。このため、本明細書で開示されるモジュールは、高い信頼性が要求される車載用であるのが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本明細書で開示される絶縁基板は、冷熱サイクル試験とパワーサイクル試験の双方において高い信頼性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、モジュールの構成を示す。
【図２】図２は、絶縁性基板の第２配線層の材料を変えたときのパワーサイクル試験の結果を示す。
【図３】図３は、絶縁性基板の他の一例の構成を示す。
【図４】図４は、絶縁性基板の他の一例の構成を示す。
【図５】図５は、絶縁性基板の他の一例の構成を示す。
【図６】図６は、絶縁性基板の他の一例の構成を示す。
【図７】図７は、絶縁性基板の他の一例の構成を示す。
【図８】図８は、絶縁性基板の他の一例の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本願明細書で開示される技術の特徴を整理しておく。
（特徴１）絶縁基板は、第１配線層とセラミック絶縁層と第２配線層を備えている。第１配線層のアルミニウムの重量パーセントは、第２配線層のアルミニウムの重量パーセントよりも高い。
（特徴２）特徴１において、第１配線層には高純系アルミニウムが用いられ、第２配線層にはアルミニウム合金が用いられるのが望ましい。これにより、第１配線層が柔らかく、第２配線層が硬い状態が得られる。
（特徴３）特徴１において、第２配線層の厚みがセラミック絶縁層の厚みよりも薄い。この場合、絶縁基板のみかけの線膨張係数が小さくなる。
【実施例１】
【００２２】
図１に、車載用のパワーモジュール１０の構成を示す。パワーモジュール１０は、直流電源と交流モータの間に接続されるインバータ回路に用いられる。パワーモジュール１０は、放熱器２０と絶縁基板３０と半導体装置５０を備えている。
【００２３】
放熱器２０は、水冷式であり、冷却水が流動する複数の貫通孔を備えている。放熱器２０の材料には、Ａｌ−Ｍｎ系のアルミニウム合金（ＪＩＳ記号：A3003）が用いられている。
【００２４】
絶縁基板３０は、放熱器２０と半導体装置５０の間に設けられており、第１配線層３１とセラミック絶縁層３２と第２配線層３３が積層した構造を備えている。第１配線層３１とセラミック絶縁層３２は、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材を介してろう付けされている。第２配線層３３とセラミック絶縁層３２も、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材を介してろう付けされている。絶縁基板３０の第１配線層３１と放熱器２０は、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材を介してろう付けされている。絶縁基板３０の第２配線層３３と半導体装置５０は、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ材４０を介してはんだ付けされている。
【００２５】
絶縁基板３０の第１配線層３１の材料には、純系のアルミニウムが用いられている。第１配線層３１のアルミニウムの重量パーセントは、９９．９９％以上である（所謂、4N-Al）。第１配線層３１の０．２％耐力は１５ＭＰａであり、比較的に柔らかい。一例では、第１配線層３１の厚みは約０．６〜３．０ｍｍである。
【００２６】
絶縁基板３０のセラミック絶縁層３２の材料には、窒化アルミニウム（AlN）が用いられている。この例に代えて、セラミック絶縁層３２の材料には、窒化ケイ素（Si3N4）、アルミナ（Al2O3）等のセラミックを用いてもよい。一例では、セラミック絶縁層３２の厚みは約０．３〜１．０ｍｍである。
【００２７】
絶縁基板３０の第２配線層３３の材料には、Ａｌ−Ｍｎ系のアルミニウム合金（ＪＩＳ記号：A3003）が用いられている。第２配線層３３のアルミニウムの重量パーセントは、９７．５５％以下である。第２配線層３３の０．２％耐力は４４ＭＰａであり、比較的に硬い。一例では、第２配線層３３の厚みは約０．２〜０．６ｍｍである。
【００２８】
半導体装置５０は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）のパワーデバイスが用いられている。
【００２９】
次に、パワーモジュール１０の特徴を説明する。パワーモジュール１０に用いられている絶縁基板３０では、放熱器２０側の第１配線層３１に純度の高い高純系アルミニウム（4N-Al）が用いられ、半導体装置５０側の第２配線層３３に純度の低いアルミニウム合金（A3003）が用いられていることを特徴としている。
【００３０】
絶縁基板３０では、第１配線層３１が放熱器２０にろう付けされているとともにセラミック絶縁層３２にもろう付けされている。このため、第１配線層３１は、放熱器２０とセラミック絶縁層３２の双方に強く拘束されている。放熱器２０の材料であるアルミニウム合金（A3003）の熱膨張係数は２１×１０-6／Ｋであり、絶縁基板３０のセラミック絶縁層３２の材料である窒化アルミニウム（AlN）の熱膨張係数は５×１０-6／Ｋであり、両者の熱膨張係数差は大きい。このため、冷熱サイクル試験において、−４０℃と１０５℃の間で変動する温度にパワーモジュール１０を繰返し曝すと、放熱器２０とセラミック絶縁層３２の熱膨張差に起因する熱歪みが第１配線層３１に加わる。しかしながら、第１配線層３１には、柔らかい高純系アルミニウム（4N-Al）が用いられているので、放熱器２０とセラミック絶縁層３２の熱膨張差に起因する熱歪みを緩和することができる。このため、パワーモジュール１０は、冷熱サイクル試験における信頼性が高い。
【００３１】
また、絶縁基板３０では、第２配線層３３がセラミック絶縁層３２にろう付けされているとともに半導体装置５０にはんだ材４０を介してはんだ付けされている。ここで、パワーサイクル試験について説明する。パワーサイクル試験では、半導体装置５０のＯＮ・ＯＦＦを繰返し、半導体装置５０自体の発熱に起因する応力耐性を検査する。パワーサイクル試験では、半導体装置５０が発熱することによって、はんだ材４０の面内において中央部をピークとする温度分布が形成される。
【００３２】
はんだ材の面内において中央部をピークとする温度分布が形成されると、第２配線層に高純系アルミニウム（4N-Al）が用いられている場合、はんだ材と第２配線層の接合面が波打つように変形する。これは、パワーサイクル試験によってはんだ材の面内に温度分布が形成されると、はんだ材の中央部の伸縮が周縁部の伸縮よりも大きくなることによって、はんだ材と第２配線層の接合面が変形するからだと推測される。
【００３３】
一方、本実施例では、絶縁基板３０の第２配線層３３の材料に、純度の低いアルミニウム合金（A3003）が用いられている。純度の低いアルミニウム合金は、０．２％耐力が高く、硬い材料である。このため、硬いアルミニウム合金（A3003）が第２配線層３３に採用されると、第２配線層３３の変形が抑制されることによって、パワーサイクル試験に起因するはんだ材４０の変形を抑制することができる。
【００３４】
図２に、第２配線層３３のアルミニウム材料を変えたときのパワーサイクル試験の結果を示す。図２に示されるように、高純系アルミニウム（4N-Al）の場合、パワーサイクル試験においてはんだ材に破損が生じるまでの寿命が最も短い。一方、本実施例のように、第２配線層３３の材料にアルミニウム合金（A3003）を用いた場合、純系アルミニウム（4N-Al）の場合に比して、パワーサイクル試験の寿命が約１．６倍にまで長寿命化することが確認された。なお、純系のアルミニウムであるけれども、高純系アルミニウム（4N-Al）よりも純度の低い純系アルミニウム（アルミニウムの重量パーセントが９９％以下であり、０．２％耐力が３３MPa、ＪＩＳ記号：A1100）を第２配線層３３の材料に用いた場合でも、純系アルミニウム（4N-Al）の場合に比して、パワーサイクル試験の寿命が約１．３倍にまで長寿命化することが確認された。これらの結果から、パワーサイクル試験を考慮すると、第２配線層３３には、アルミニウムの重量パーセントの低い材料が好ましいことが確認された。
【００３５】
このように、パワーモジュール１０では、第１配線層３１に純度の高い高純系アルミニウム（4N-Al）を採用し、第２配線層３３に純度の低い低純系アルミニウム（A1100）又はアルミニウム合金（A3003）を採用することにより、冷熱サイクル試験とパワーサイクル試験の双方を満足することができる。パワーモジュール１０は、冷熱サイクル試験とパワーサイクル試験の双方において、高い信頼性を有することができる。
【００３６】
以下、図面を参照して、パワーモジュール１０に用いられる絶縁基板３０の他の形態を例示する。なお、図１に示される絶縁基板３０の共通する構成要素に関しては共通の符号を付し、その説明を省略することがある。
【００３７】
図３に示される絶縁基板３０Ａは、第１配線層３１が２つの層で構成されていることを特徴としている。放熱器２０に対してろう付けされる側に第１層３１ａが設けられており、セラミック絶縁層３２に対してろう付けされる側に第２層３１ｂが設けられている。第１層３１ａの材料には高純系アルミニウム（4N-Al）が用いられており、第２層３１ｂの材料には第２配線層３３と同一純度のアルミニウム合金（A3003）が用いられている。この例によると、セラミック絶縁層３２の両面に対して同一純度の材料がろう付けされている。このため、第１配線層３１の第２層３１ｂをセラミック絶縁層３２にろう付けする接合条件と第２配線層３３をセラミック絶縁層３２にろう付けする接合条件を共通化し、同時に接合することができる。このため、最適な条件で、第１配線層３１の第２層３１ｂ及び第２配線層３３をセラミック絶縁層３２にろう付けすることができる。
【００３８】
図４に示される絶縁基板３０Ｂは、第１配線層３１に中間層３１ｃが設けられていることを特徴としている。中間層３１ｃの材料には、アルミニウムの重量パーセントが第１層３１ａと第２層３２ｂの間である低純系アルミニウム（A1100）が用いられている。この形態によると、冷熱サイクルが印加されたときに、アルミニウム合金（A3003）である第２層３１ｂに含まれる不純物が高純系アルミニウム（4N-Al）である第１層３１ａに拡散することが抑制される。このため、第１配線層３１の変質が低減され、信頼性が向上する。
【００３９】
図５に示される絶縁基板３０Ｃは、第２配線層３３が２つの層で構成されていることを特徴としている。半導体装置５０に対してはんだ付けされる側に第１層３３ａが設けられており、セラミック絶縁層３２に対してろう付けされる側に第２層３３ｂが設けられている。第１層３３ａの材料にはアルミニウム合金（A3003）が用いられており、第２層３３ｂの材料には第１配線層３１と同一純度の高純系アルミニウム（4N-Al）が用いられている。この例によると、セラミック絶縁層３２の両面に同一純度の材料がろう付けされている。このため、第２配線層３３の第２層３３ｂをセラミック絶縁層３２にろう付けする接合条件と第１配線層３１をセラミック絶縁層３２にろう付けする接合条件を共通化し、同時に接合することができる。この結果、最適な条件で、第２配線層３３の第２層３３ｂ及び第１配線層３１をセラミック絶縁層３２にろう付けすることができる。
【００４０】
図６に示される絶縁基板３０Ｄは、第２配線層３３に中間層３３ｃが設けられていることを特徴としている。中間層３３ｃの材料には、アルミニウムの重量パーセントが第１層３３ａと第２層３３ｂの間である低純系アルミニウム（A1100）が用いられている。この形態によると、冷熱サイクルが印加されたときに、アルミニウム合金（A3003）である第１層３３ａに含まれる不純物が高純系アルミニウム（4N-Al）である第２層３３ｂに拡散することが抑制される。このため、第２配線層３３の変質が低減され、信頼性が向上する。
【００４１】
図７に示される絶縁基板３０Ｅは、第１配線層３１と第２配線層３３の双方が２つの層で構成されていることを特徴としている。第１配線層３１は、第１層３１ａと接合層３１ｄを備えている。第２配線層３３は、第１層３３ａと接合層３３ｄを備えている。第１配線層３１の接合層３１ｄと第２配線層３３の接合層３３ｄの材料にはいずれも、低純系アルミニウム（A1100）が用いられている。この例によると、セラミック絶縁層３２の両面に同一純度の材料がろう付けされている。このため、第１配線層３１の接合層３１ｄをセラミック絶縁層３２にろう付けする接合条件と第２配線層３３の接合層３３ｄをセラミック絶縁層３２にろう付けする接合条件を共通化し、同時に接合することができる。この結果、最適な条件で、第１配線層３１の接合層３１ｄ及び第２配線層３３の接合層３３ｄをセラミック絶縁層３２にろう付けすることができる。
【００４２】
図８に示される絶縁基板３０Ｅのように、第１配線層３１と第２配線層３３の双方が複数の層で構成されている場合、以下の数式が成立するのが望ましい。
【００４３】
【数１】
0005479181.tif 000002
【００４４】
ここで、Ｓaiは、第１配線層３１の各層の０．２％耐力である。ｔaiは、第１配線層３１の各層の厚みである。Ｓｂｊは、第２配線層３３の各層の０．２％耐力である。ｔｂｊは、第２配線層３３の各層の厚みである。
【００４５】
図７に示される絶縁基板３０Ｅの一例では、第１配線層３１の第１層３１ａの０．２％耐力が１５ＭＰａであり、その厚みが０．３ｍｍであり、接合層３１ｄの０．２％耐力が３３ＭＰａであり、その厚みが０．２ｍｍである。第２配線層３３の第１層３３ａの０．２％耐力が４４ＭＰａであり、その厚みが０．１ｍｍであり、接合層３３ｄの０．２％耐力が３３ＭＰａであり、その厚みが０．２ｍｍである。なお、セラミック絶縁層３２の厚みが０．６３５ｍｍである。このため、図７に示される絶縁基板３０Ｅでは、上記数式１が成立している。上記数式１が成立すると、絶縁基板３０Ｅの反りが抑制され、実装性が良好となる。
【００４６】
図８に、図７の絶縁基板３０Ｅの変形例を示す。この絶縁基板３０Ｅでは、第１配線層３１において、接合層３１ｄが第１層３１ａよりも幅広で構成されていることを特徴としている。これにより、第１配線層３１では、周縁部と中央部の間に段差面３１Ａが形成されており、周縁部が中央部よりも薄く形成されている。さらに、この絶縁基板３０Ｅでは、第２配線層３３においても、接合層３３ｄが第１層３３ｄよりも幅広で構成されている。これにより、第２配線層３３でも、周縁部と中央部の間に段差面３３Ａが形成されており、周縁部が中央部よりも薄く形成されている。第１配線層３１及び／又は第２配線層３３において、周縁部の厚みが薄く形成されていると、周縁部の熱歪みが抑制され、周縁部のクラックが抑制される。
【００４７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４８】
１０：パワーモジュール
２０：放熱器
３０：絶縁基板
３１：第１配線層
３２：セラミック絶縁層
３３：第２配線層
５０：半導体装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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