(57)【要約】【課題】絶縁層の上面に積層されたアルミニウム回路層の上面に、はんだ付性を改善する金属層の下面がろう材層を介してろう付された絶縁基板であって、金属層の上面にろう材層の余剰ろう材がしみ上がるのを防止することを課題とする。【解決手段】絶縁基板30の金属層１の上面２は、回路層10の上面11よりも良好なはんだ付性を有するとともに、発熱体22がはんだ付されるものである。回路層10の上面11は、金属層１の下面３で隠蔽されずに露出した露出部15を備えている。金属層１は、回路層10の上面11の露出部15に対して立上り状に配置された立上り面７を備えている。回路層10の上面11の露出部15と金属層１の立上り面７との間の隅部８にろう材層９の余剰ろう材9aが充填されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層の上面に積層されたアルミニウム回路層の上面に、前記回路層に対して積層状に配置された金属層の下面がろう材層を介してろう付されており、
前記金属層の上面は、前記回路層の上面よりも良好なはんだ付性を有するとともに、発熱体がはんだ付されるものであり、
前記回路層の上面は、前記金属層の下面で隠蔽されずに露出した露出部を備えており、
前記金属層は、前記回路層の上面の前記露出部に対して立上り状に配置された立上り面を備えており、
前記回路層の上面の前記露出部と前記金属層の前記立上り面との間の隅部に前記ろう材層の余剰ろう材が充填されていることを特徴とする絶縁基板。
【請求項２】
前記金属層の前記立上り面は、前記金属層の外周側面を含んでおり、
前記回路層の上面の前記露出部は、前記金属層の前記外周側面の外側で露出した第１露出部を含んでおり、
前記ろう材層の余剰ろう材は、前記隅部として、前記回路層の上面の前記第１露出部と前記金属層の前記外周側面との間の第１隅部に充填されている請求項１記載の絶縁基板。
【請求項３】
前記金属層の下面の外周縁が前記回路層の上面の外周縁に部分的に一致して沿う状態にして、前記回路層の上面に前記金属層の下面が前記ろう材層を介してろう付されている請求項１又は２記載の絶縁基板。
【請求項４】
前記回路層の上面の外周縁形状は、複数の角部及び複数の辺部を有する多角形状であり、
前記金属層の下面の外周縁形状は、前記回路層の上面の外周縁形状に対応し且つ前記複数の角部のうち少なくとも一つの角部が取れた形状であり、
前記金属層の下面の外周縁の各辺部が前記回路層の上面の外周縁の各辺部に一致して沿う状態にして、前記回路層の上面に前記金属層の下面が前記ろう材層を介してろう付されており、
前記回路層の上面の前記第１露出部は、前記回路層の上面における前記少なくとも一つの角部の領域を含んでいる請求項２記載の絶縁基板。
【請求項５】
前記金属層の上面は、前記発熱体がはんだ付されるはんだ付予定部と、前記発熱体がはんだ付されない非はんだ付予定部とを有しており、
前記金属層の上面の前記非はんだ付予定部には、前記金属層の下面側へ貫通した貫通孔が設けられており、
前記金属層の前記立上り面は、前記金属層の前記貫通孔の内周側面を含んでおり、
前記回路層の上面の前記露出部は、前記金属層の前記貫通孔の前記内周側面の内側で露出した第２露出部を含んでおり、
前記ろう材層の余剰ろう材は、前記隅部として、前記回路層の上面の前記第２露出部と前記金属層の前記貫通孔の前記内周側面との間の第２隅部に充填されている請求項１〜４のいずれかに記載の絶縁基板。
【請求項６】
前記金属層はＮｉ層を含むとともに、前記金属層の上面が前記Ｎｉ層の上面で形成されている請求項１〜５のいずれかに記載の絶縁基板。
【請求項７】
前記金属層はＡｌ層を含むとともに、前記金属層の下面が前記Ａｌ層の下面で形成されている請求項６記載の絶縁基板
【請求項８】
前記金属層は、前記Ｎｉ層と前記Ａｌ層との間に配置されたＴｉ層を含むとともに、前記Ｎｉ層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層とが積層状に接合一体化されたものである請求項７記載の絶縁基板。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の絶縁基板と、
前記絶縁基板の下面側に配置された放熱器と、を具備していることを特徴とする放熱装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかに記載の絶縁基板と、
前記絶縁基板の下面側に配置された放熱器と、
前記絶縁基板の金属層の上面にはんだ付された発熱体としての半導体素子と、を具備していることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１１】
アルミニウム回路層の上面に、前記回路層に対して積層状に配置される金属層の下面をろう材層を介してろう付するろう付工程を含んでおり、
前記金属層の上面は、前記回路層の上面よりも良好なはんだ付性を有するとともに、発熱体がはんだ付されるものであり、
前記回路層の上面は、前記金属層の下面で隠蔽されずに露出する露出部を備えており、
前記金属層は、前記回路層の上面の前記露出部に対して立上り状に配置される立上り面を備えており、
前記ろう付工程では、前記回路層の上面に前記金属層の下面を前記ろう材層を介してろう付することにより、前記回路層の上面の前記露出部と前記金属層の前記立上り面との間の隅部に前記ろう材層の余剰ろう材を充填することを特徴とする絶縁基板の製造方法。
【請求項１２】
前記金属層の前記立上り面は、前記金属層の外周側面を含んでおり、
前記回路層の上面の前記露出部は、前記金属層の前記外周側面の外側で露出した第１露出部を含んでおり、
前記ろう付工程では、前記回路層の上面に前記金属層の下面を前記ろう材層を介してろう付することにより、前記ろう材層の余剰ろう材を、前記隅部として、前記回路層の上面の前記第１露出部と前記金属層の前記外周側面との間の第１隅部に充填する請求項１１記載の絶縁基板の製造方法。
【請求項１３】
前記ろう付工程では、前記金属層の下面の外周縁が前記回路層の上面の外周縁に部分的に一致して沿う状態にして、前記回路層の上面に前記金属層の下面を前記ろう材層を介してろう付する請求項１１又は１２記載の絶縁基板の製造方法。
【請求項１４】
前記回路層の上面の外周縁形状は、複数の角部及び複数の辺部を有する多角形状であり、
前記金属層の下面の外周縁形状は、前記回路層の上面の外周縁形状に対応し且つ前記複数の角部のうち少なくとも一つの角部が取れた形状であり、
前記ろう付工程では、前記金属層の下面の外周縁の各辺部が前記回路層の上面の外周縁の各辺部に一致して沿う状態にして、前記回路層の上面に前記金属層の下面を前記ろう材層を介してろう付するものとし、
前記回路層の上面の前記第１露出部は、前記回路層の上面における前記少なくとも一つの角部の領域を含んでいる請求項１２記載の絶縁基板の製造方法。
【請求項１５】
前記金属層の上面は、前記発熱体がはんだ付されるはんだ付予定部と、前記発熱体がはんだ付されない非はんだ付予定部とを有しており、
前記金属層の上面の前記非はんだ付予定部には、前記金属層の下面側へ貫通した貫通孔が設けられており、
前記金属層の前記立上り面は、前記金属層の前記貫通孔の内周側面を含んでおり、
前記回路層の上面の前記露出部は、前記金属層の前記貫通孔の前記内周側面の内側で露出した第２露出部を含んでおり、
前記ろう付工程では、前記回路層の上面に前記金属層の下面を前記ろう材層を介してろう付することにより、前記ろう材層の余剰ろう材を、前記隅部として、前記回路層の上面の前記第２露出部と前記金属層の前記貫通孔の前記内周側面との間の第２隅部に充填する請求項１１〜１４のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。
【請求項１６】
前記金属層はＮｉ層を含むとともに、前記金属層の上面が前記Ｎｉ層の上面で形成されている請求項１１〜１５のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。
【請求項１７】
前記金属層はＡｌ層を含むとともに、前記金属層の下面が前記Ａｌ層の下面で形成されている請求項１６記載の絶縁基板の製造方法。
【請求項１８】
前記金属層は、前記Ｎｉ層と前記Ａｌ層との間に配置されたＴｉ層を含むとともに、前記Ｎｉ層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層とが積層状に接合一体化されたものである請求項１７記載の絶縁基板の製造方法。
【請求項１９】
請求項１〜８のいずれかに記載の絶縁基板の下面に放熱器を固定することを特徴とする放熱装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項１〜８のいずれかに記載の絶縁基板の下面に放熱器を固定するとともに、
前記絶縁基板の金属層の上面に発熱体としての半導体素子をはんだ付することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体（例：半導体素子）がはんだ付される面を有する絶縁基板、絶縁基板を具備する放熱装置、絶縁基板を具備する半導体モジュール、絶縁基板の製造方法、放熱装置の製造方法、及び、半導体モジュールの製造方法に関する。
【０００２】
なお、本発明に係る絶縁基板の上下方向は限定されるものではないが、本明細書及び特許請求の範囲では、絶縁基板の構成を理解し易くするため、絶縁基板における発熱体がはんだ付される面側を上面側、その反対側を下面側と定義する。さらに、本明細書では、「板」の語は「箔」も含む意味で用いられる。
【背景技術】
【０００３】
発熱体として例えば半導体素子と半導体素子の熱を放出する放熱器との間に配置される絶縁基板は、一般的に電気的な絶縁層を具備しており、絶縁層の上面には金属回路層が積層されている。そして、半導体素子が金属回路層の上面にはんだ付される（例えば、特許文献１〜６参照）。
【０００４】
金属回路層としては、近年、アルミニウム（その合金を含む。）で形成されたアルミニウム回路層が用いられている。その理由は、アルミニウム回路層は優れた電気特性及び熱特性を有しているし、絶縁基板の製造コストの引下げを図り得るからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２３８８９２号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１０９４７号公報
【特許文献３】特開２０１２−１０４５３９号公報
【特許文献４】特開２０１２−２４８６９７号公報
【特許文献５】特開２０１２−２２７３５６号公報
【特許文献６】特開２０１２−４５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、アルミニウム回路層の上面ははんだ付性が悪い。そこで、回路層の上面にはんだ付性を改善する金属層を回路層に対して積層状に配置し、回路層の上面に金属層の下面をろう材層を介してろう付することが考えられる。
【０００７】
しかし、ろう付の際にろう材層の余剰ろう材が金属層の上面にしみ上がったり、更には金属層の上面にしみ上がった余剰ろう材により金属層の上面にろう材溜まりが発生したりすることがあった。このようになると、金属層の上面のはんだ付性が低下するという問題が発生する。
【０００８】
本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、絶縁層の上面に積層されたアルミニウム回路層の上面に、はんだ付性を改善する上面を有する金属層の下面がろう材層を介してろう付された絶縁基板であって、金属層の上面の良好なはんだ付性を維持することができる絶縁基板を提供することにある。本発明の更なる目的は、前記絶縁基板を具備する放熱装置、前記絶縁基板を具備する半導体モジュール、前記絶縁基板の製造方法、放熱装置の製造方法、及び、半導体モジュールの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は以下の手段を提供する。
【００１０】
［１］  絶縁層の上面に積層されたアルミニウム回路層の上面に、前記回路層に対して積層状に配置された金属層の下面がろう材層を介してろう付されており、
前記金属層の上面は、前記回路層の上面よりも良好なはんだ付性を有するとともに、発熱体がはんだ付されるものであり、
前記回路層の上面は、前記金属層の下面で隠蔽されずに露出した露出部を備えており、
前記金属層は、前記回路層の上面の前記露出部に対して立上り状に配置された立上り面を備えており、
前記回路層の上面の前記露出部と前記金属層の前記立上り面との間の隅部に前記ろう材層の余剰ろう材が充填されていることを特徴とする絶縁基板。
【００１１】
［２］  前記金属層の前記立上り面は、前記金属層の外周側面を含んでおり、
前記回路層の上面の前記露出部は、前記金属層の前記外周側面の外側で露出した第１露出部を含んでおり、
前記ろう材層の余剰ろう材は、前記隅部として、前記回路層の上面の前記第１露出部と前記金属層の前記外周側面との間の第１隅部に充填されている前項１記載の絶縁基板。
【００１２】
［３］  前記金属層の下面の外周縁が前記回路層の上面の外周縁に部分的に一致して沿う状態にして、前記回路層の上面に前記金属層の下面が前記ろう材層を介してろう付されている前項１又は２記載の絶縁基板。
【００１３】
［４］  前記回路層の上面の外周縁形状は、複数の角部及び複数の辺部を有する多角形状であり、
前記金属層の下面の外周縁形状は、前記回路層の上面の外周縁形状に対応し且つ前記複数の角部のうち少なくとも一つの角部が取れた形状であり、
前記金属層の下面の外周縁の各辺部が前記回路層の上面の外周縁の各辺部に一致して沿う状態にして、前記回路層の上面に前記金属層の下面が前記ろう材層を介してろう付されており、
前記回路層の上面の前記第１露出部は、前記回路層の上面における前記少なくとも一つの角部の領域を含んでいる前項２記載の絶縁基板。
【００１４】
［５］  前記金属層の上面は、前記発熱体がはんだ付されるはんだ付予定部と、前記発熱体がはんだ付されない非はんだ付予定部とを有しており、
前記金属層の上面の前記非はんだ付予定部には、前記金属層の下面側へ貫通した貫通孔が設けられており、
前記金属層の前記立上り面は、前記金属層の前記貫通孔の内周側面を含んでおり、
前記回路層の上面の前記露出部は、前記金属層の前記貫通孔の前記内周側面の内側で露出した第２露出部を含んでおり、
前記ろう材層の余剰ろう材は、前記隅部として、前記回路層の上面の前記第２露出部と前記金属層の前記貫通孔の前記内周側面との間の第２隅部に充填されている前項１〜４のいずれかに記載の絶縁基板。
【００１５】
［６］  前記金属層はＮｉ層を含むとともに、前記金属層の上面が前記Ｎｉ層の上面で形成されている前項１〜５のいずれかに記載の絶縁基板。
【００１６】
［７］  前記金属層はＡｌ層を含むとともに、前記金属層の下面が前記Ａｌ層の下面で形成されている前項６記載の絶縁基板
［８］  前記金属層は、前記Ｎｉ層と前記Ａｌ層との間に配置されたＴｉ層を含むとともに、前記Ｎｉ層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層とが積層状に接合一体化されたものである前項７記載の絶縁基板。
【００１７】
［９］  前項１〜８のいずれかに記載の絶縁基板と、
前記絶縁基板の下面側に配置された放熱器と、を具備していることを特徴とする放熱装置。
【００１８】
［１０］  前項１〜８のいずれかに記載の絶縁基板と、
前記絶縁基板の下面側に配置された放熱器と、
前記絶縁基板の金属層の上面にはんだ付された発熱体としての半導体素子と、を具備していることを特徴とする半導体モジュール。
【００１９】
［１１］  アルミニウム回路層の上面に、前記回路層に対して積層状に配置される金属層の下面をろう材層を介してろう付するろう付工程を含んでおり、
前記金属層の上面は、前記回路層の上面よりも良好なはんだ付性を有するとともに、発熱体がはんだ付されるものであり、
前記回路層の上面は、前記金属層の下面で隠蔽されずに露出する露出部を備えており、
前記金属層は、前記回路層の上面の前記露出部に対して立上り状に配置される立上り面を備えており、
前記ろう付工程では、前記回路層の上面に前記金属層の下面を前記ろう材層を介してろう付することにより、前記回路層の上面の前記露出部と前記金属層の前記立上り面との間の隅部に前記ろう材層の余剰ろう材を充填することを特徴とする絶縁基板の製造方法。
【００２０】
［１２］    前記金属層の前記立上り面は、前記金属層の外周側面を含んでおり、
前記回路層の上面の前記露出部は、前記金属層の前記外周側面の外側で露出した第１露出部を含んでおり、
前記ろう付工程では、前記回路層の上面に前記金属層の下面を前記ろう材層を介してろう付することにより、前記ろう材層の余剰ろう材を、前記隅部として、前記回路層の上面の前記第１露出部と前記金属層の前記外周側面との間の第１隅部に充填する前項１１記載の絶縁基板の製造方法。
【００２１】
［１３］  前記ろう付工程では、前記金属層の下面の外周縁が前記回路層の上面の外周縁に部分的に一致して沿う状態にして、前記回路層の上面に前記金属層の下面を前記ろう材層を介してろう付する前項１１又は１２記載の絶縁基板の製造方法。
【００２２】
［１４］  前記回路層の上面の外周縁形状は、複数の角部及び複数の辺部を有する多角形状であり、
前記金属層の下面の外周縁形状は、前記回路層の上面の外周縁形状に対応し且つ前記複数の角部のうち少なくとも一つの角部が取れた形状であり、
前記ろう付工程では、前記金属層の下面の外周縁の各辺部が前記回路層の上面の外周縁の各辺部に一致して沿う状態にして、前記回路層の上面に前記金属層の下面を前記ろう材層を介してろう付するものとし、
前記回路層の上面の前記第１露出部は、前記回路層の上面における前記少なくとも一つの角部の領域を含んでいる前項１２記載の絶縁基板の製造方法。
【００２３】
［１５］  前記金属層の上面は、前記発熱体がはんだ付されるはんだ付予定部と、前記発熱体がはんだ付されない非はんだ付予定部とを有しており、
前記金属層の上面の前記非はんだ付予定部には、前記金属層の下面側へ貫通した貫通孔が設けられており、
前記金属層の前記立上り面は、前記金属層の前記貫通孔の内周側面を含んでおり、
前記回路層の上面の前記露出部は、前記金属層の前記貫通孔の前記内周側面の内側で露出した第２露出部を含んでおり、
前記ろう付工程では、前記回路層の上面に前記金属層の下面を前記ろう材層を介してろう付することにより、前記ろう材層の余剰ろう材を、前記隅部として、前記回路層の上面の前記第２露出部と前記金属層の前記貫通孔の前記内周側面との間の第２隅部に充填する前項１１〜１４のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。
【００２４】
［１６］  前記金属層はＮｉ層を含むとともに、前記金属層の上面が前記Ｎｉ層の上面で形成されている前項１１〜１５のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。
【００２５】
［１７］  前記金属層はＡｌ層を含むとともに、前記金属層の下面が前記Ａｌ層の下面で形成されている前項１６記載の絶縁基板の製造方法。
【００２６】
［１８］  前記金属層は、前記Ｎｉ層と前記Ａｌ層との間に配置されたＴｉ層を含むとともに、前記Ｎｉ層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層とが積層状に接合一体化されたものである前項１７記載の絶縁基板の製造方法。
【００２７】
［１９］  前項１〜８のいずれかに記載の絶縁基板の下面に放熱器を固定することを特徴とする放熱装置の製造方法。
【００２８】
［２０］  前項１〜８のいずれかに記載の絶縁基板の下面に放熱器を固定するとともに、
前記絶縁基板の金属層の上面に発熱体としての半導体素子をはんだ付することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は以下の効果を奏する。
【００３０】
前項［１］の絶縁基板によれば、アルミニウム回路層の上面の露出部と金属層の立上り面との間の隅部にろう材層の余剰ろう材が充填されているので、回路層の上面に金属層の下面をろう材層を介してろう付する際にろう材層の余剰ろう材が金属層の上面にしみ上がるのを防止することができる。これにより、金属層の上面の良好なはんだ付性を維持することができ、その結果、金属層の上面に発熱体を良好にはんだ付することができる。
【００３１】
前項［２］では、回路層の上面の露出部は、金属層の外周側面よりも外側で露出した第１露出部を含んでおり、ろう材層の余剰ろう材が回路層の上面の第１露出部と金属層の外周側面との間の第１隅部に充填されている。したがって、ろう材層の余剰ろう材が充填される隅部を容易に形成することができる。
【００３２】
前記［３］では、金属層の下面の外周縁が回路層の上面の外周縁に部分的に一致して沿う状態にして、回路層の上面に金属層の下面がろう材層を介してろう付されている。したがって、回路層の上面に金属層の下面をろう付するに際して、金属層の下面の外周縁を回路層の上面の外周縁に部分的に一致させて沿う状態にして金属層の下面を回路層の上面に配置することにより、回路層の上面に対する金属層の下面の位置を決定できる。したがって、金属層の下面の位置の決定を容易に行うことができる。
【００３３】
前項［４］では、金属層の下面の外周縁の各辺部が回路層の上面の外周縁の各辺部に一致して沿う状態にして、回路層の上面に金属層の下面がろう材層を介してろう付されている。したがって、回路層の上面に金属層の下面をろう付するに際して、金属層の下面の外周縁の各辺部を回路層の上面の外周縁の各辺部に一致させて沿う状態にして金属層の下面を回路層の上面に配置することにより、回路層の上面に対する金属層の下面の位置を非常に正確に決定できる。したがって、金属層の下面の位置の決定を容易に且つ非常に正確に行うことができる。
【００３４】
前項［５］では、金属層の上面の非はんだ付予定部に金属層の下面側へ貫通した貫通孔が設けられることにより、回路層の上面の露出部の面積を増やすことができる。これにより、ろう材層の余剰ろう材が充填される隅部を増やすことができ、そのため余剰ろう材のしみ上がりを確実に防止できる。
【００３５】
さらに、貫通孔が設けられることにより、ろう付面積を減らすことができるとともに、ろう材層の余剰ろう材の隅部への排出を促進することができる。これにより、金属層の下面を回路層の上面に良好にろう付することができる。
【００３６】
しかも、貫通孔は、金属層の上面のはんだ付予定部ではなく非はんだ付予定部に設けられているので、発熱体の熱の回路層側への伝導が貫通孔によって阻害されるのを防止することができる。これにより、発熱体の熱を回路層側へ良好に伝導させることができ、その結果、発熱体の熱を迅速に放出することができる。
【００３７】
前項［６］は次のような効果を奏する。一般的にＮｉはアルミニウムよりも良好なはんだ付性を有している。したがって、金属層の上面がＮｉ層の上面で形成されることにより、金属層の上面に発熱体を良好にはんだ付することができる。
【００３８】
さらに、一般的にＮｉはＡｌと反応して金属間化合物を形成する。したがって、金属層がＮｉ層を含んでいると、Ｎｉ層中のＮｉがろう材層のろう材中のＡｌと反応して金属間化合物を形成することによりろう材層の余剰ろう材が消費される。これにより、余剰ろう材のしみ上がりを確実に防止できる。
【００３９】
前項［７］では、金属層の下面がＡｌ層の下面で形成されることにより、金属層の下面を回路層の上面に強固にろう付することができる。
【００４０】
前項［８］は次のような効果を奏する。一般的にＴｉはＡｌと反応して金属間化合物を形成する。したがって、金属層がＴｉ層を含んでいると、Ｔｉ層中のＴｉがろう材層のろう材中のＡｌと反応して金属間化合物を形成することによりろう材層の余剰ろう材が更に消費される。これにより、余剰ろう材のしみ上がりを更に確実に防止できる。
【００４１】
その上、Ｔｉ層がＮｉ層とＡｌ層との間に配置されるとともに、Ｎｉ層とＴｉ層とＡｌ層とが積層状に接合一体化されることにより、優れた強度的信頼性を有する絶縁基板を得ることができる。そのため、絶縁基板について冷熱サイクル試験を行ったときに絶縁基板に剥離や割れが生じるのを防止できる。
【００４２】
前項［９］では、上記［１］〜［８］のいずれかの効果を奏する絶縁基板を具備した放熱装置を提供できる。
【００４３】
前項［１０］では、上記［１］〜［８］のいずれかの効果を奏する絶縁基板を具備した半導体モジュールを提供できる。
【００４４】
前項［１１］〜［１８］では、上記［１］〜［８］のいずれかの効果を奏する絶縁基板を得ることができる。
【００４５】
前項［１９］では、上記［１］〜［８］のいずれかの効果を奏する絶縁基板を具備した放熱装置を得ることができる。
【００４６】
前項［２０］では、上記［１］〜［８］のいずれかの効果を奏する絶縁基板を具備した半導体モジュールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る絶縁基板を具備した半導体モジュールの断面図である。
【図２】図２は、同絶縁基板に用いられるアルミニウム回路層の平面図である。
【図３】図３は、同絶縁基板のアルミニウム回路層の上面に金属層の下面をろう付する途中の状態の断面図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態に係る絶縁基板に用いられるアルミニウム回路層の平面図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態に係る絶縁基板に用いられるアルミニウム回路層の平面図である。
【図６】図６は、本発明の第４実施形態に係る絶縁基板に用いられるアルミニウム回路層の平面図である。
【図７】図７は、本発明の第５実施形態に係る絶縁基板に用いられるアルミニウム回路層の平面図である。
【図８】図８は、本発明の第６実施形態に係る絶縁基板を具備した半導体モジュールのアルミニウム回路層及び金属層の近傍の断面図である。
【図９】図９は、同絶縁基板に用いられるアルミニウム回路層の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
本発明の幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。
【００４９】
図１〜３は、本発明の第１実施形態に係る絶縁基板及び半導体モジュールの構成を説明する図である。なお、図１は、図２中のＸ−Ｘ線に対応する半導体モジュールの断面図である。
【００５０】
図１に示すように、本第１実施形態の半導体モジュール３２は、例えばパワーモジュールであり、具体的には、ＩＧＢＴモジュール、ＭＯＳＦＥＴモジュール、サイリスタモジュール、ダイオードモジュールなどである。この半導体モジュール３２は、発熱体としての半導体素子２２、本第１実施形態の放熱装置３１などを具備している。
【００５１】
半導体素子２２は、ＩＧＢＴチップ、ＭＯＳＦＥＴチップ、サイリスタチップ、ダイオードチップなどである。
【００５２】
放熱装置３１は、本第１実施形態の絶縁基板３０、放熱器２０などを具備しており、半導体素子２２の熱を絶縁基板３０を介して放熱器２０に伝導させて放出しこれにより半導体素子２２を冷却するためのものである。
【００５３】
絶縁基板３０は、半導体素子２２と放熱器２０との間に配置されたものであり、電気的な絶縁層１７、アルミニウム回路層１０、金属層１、第１応力緩和層１８、第２応力緩和層１９などを備えている。本実施形態では、これらの層１７、１０、１、１８、１９は、いずれも平面視方形状であり、更に、互いに水平状に且つ積層状に配置されて接合一体化されている。
【００５４】
絶縁層１７は例えばセラミックで形成されており、詳述するとセラミック板で形成されている。セラミックとしては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ（Ａｌ２０３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）等が用いられる。絶縁層１７の厚さは例えば２００〜１２００μｍに設定される。
【００５５】
アルミニウム回路層１０は、アルミニウム（その合金を含む）で形成されており、詳述するとアルミニウム板で形成されている。この回路層１０を形成するアルミニウムとしては、例えば、純度が９９．９９％以上の高純度アルミニウム又はＡ１０００系やＡ３０００系のアルミニウムが用いられる。そして、この回路層１０が絶縁層１７の上面に積層されてろう付等により固定状態に接合されている。回路層１０の厚さは例えば２００〜１０００μｍに設定される。回路層１０はアルミニウムで形成されているので、回路層１０の上面１１ははんだ付性が悪い。
【００５６】
金属層１は回路層１０の上面１１に回路層１０に対して積層状に配置されており、更に、金属層１の下面３が回路層１０の上面１１の略中央部にろう材層９を介して面接触状態にろう付されている。この金属層１ははんだ付性を改善するための層であり、すなわち金属層１の上面２は回路層１０の上面１１よりも良好なはんだ付性を有している。そして、金属層１の上面２の略中央部に半導体素子２２が常法に従ってはんだ付されている。本実施形態では、金属層１は、複数の層１ａ、１ｂ、１ｃが積層状に接合一体化されて形成されたものであり、その構成の詳細については後述する。
【００５７】
ろう材層９は、金属層１の下面３を回路層１０の上面１１にろう付した層であり、Ａｌ系ろう材（例：Ａｌ−Ｓｉ系ろう材）などで形成されている。このろう材層９の厚さは、金属層１の下面３が回路層１０の上面１１にろう付された状態で例えば５〜５０μｍに設定されている。回路層１０の融点はこのろう材層９のろう材の融点よりも高く設定されている。なお図面では、ろう材層９及びその余剰ろう材９ａは、他の層と区別し易くするためドットハッチングで図示されている。
【００５８】
第１応力緩和層１８は、絶縁基板３０に発生した熱応力等の応力を緩和するための層であり、絶縁層１７の下面に積層されてろう付等により固定状態に接合されている。第１応力緩和層１８は金属（例：アルミニウム）で形成されており、詳述すると金属板（例：アルミニウム板）で形成されている。この第１応力緩和層１８を形成する金属としては、例えば、純度が９９．９９％以上の高純度アルミニウム又はＡ１０００系やＡ３０００系のアルミニウムが用いられる。第１応力緩和層１８の厚さは例えば２００〜３０００μｍに設定される。
【００５９】
第２応力緩和層１９は、第１応力緩和層１８と同じく絶縁基板３０に発生した熱応力等の応力を緩和するための層であり、第１応力緩和層１８の下面に積層されてろう付等により固定状態に接合されている。第２応力緩和層１９は金属で形成されており、詳述すると複数の孔１９ａを有するパンチングメタル板で形成されている。この第２応力緩和層１９を形成する金属としては、例えば、純度が９９．９９％以上の高純度アルミニウム又はＡ１０００系やＡ３０００系のアルミニウムが用いられる。第２応力緩和層１９の厚さは例えば２００〜３０００μｍに設定される。
【００６０】
放熱器２０は、絶縁基板３０の下面側に配置された金属製（例えばアルミニウム製）のものであり、半導体素子２２から絶縁基板３０を介して伝導されてきた熱を放出するものである。放熱器２０の放熱方式は液冷式（例：水冷式）や空冷式などである。本実施形態では、放熱器２０は、金属製上板部２０ａの両側縁部と金属製下板部２０ｂの両側縁部とが互いに接合されて筐体が形成されるとともに、筐体の内部に複数の冷媒通路２０ｄを形成する金属製コルゲートフィン２０ｃが配置されたものである。そして、この放熱器２０の上面が絶縁基板３０の下面としての第２応力緩和層１９の下面にろう付等により固定状態に接合されている。
【００６１】
次に金属層１の構成について以下に説明する。
【００６２】
金属層１は、Ｎｉ層１ａとＴｉ層１ｂとＡｌ層１ｃとを備えている。そして、上から順にＮｉ層１ａとＴｉ層１ｂとＡｌ層１ｃとが積層状に配置されて接合一体化され、これにより金属層１が形成されている。したがって、金属層１の上面２はＮｉ層１ａの上面で形成されており、金属層１の下面３はＡｌ層１ｃの下面で形成されており、Ｔｉ層１ｂはＮｉ層１ａとＡｌ層１ｃとの間に配置されてＮｉ層１ａとＡｌ層１ｃとにそれぞれ接合されている。金属層１の上面２は、Ｎｉ層１ａの上面で形成されているので回路層１０の上面１１よりも良好なはんだ付性を有している。
【００６３】
金属層１のＮｉ層１ａは、ニッケル（その合金を含む）で形成されており、詳述するとニッケル板で形成されている。本実施形態では、Ｎｉ層１ａは例えば純ニッケル板で形成されている。Ｎｉ層１ａの厚さは例えば５〜１００μｍに設定される。
【００６４】
金属層１のＴｉ層１ｂは、チタン（そのチタン合金を含む）で形成されており、詳述するとチタン板で形成されている。本実施形態では、Ｔｉ層１ｂは例えば純チタン板で形成されている。Ｔｉ層１ｂの厚さは例えば２〜１００μｍに設定される。
【００６５】
金属層のＡｌ層１ｃは、アルミニウム（その合金を含む）で形成されており、詳述するとアルミニウム板で形成されている。Ａｌ層１ｃを形成するアルミニウムとしては限定されるものではなく、例えば、純度９９．９９％以上の高純度アルミニウム又はＡ１０００系やＡ３０００系のアルミニウムが用いられ、特に、Ａ１０００系（例：Ａ１０５０、Ａ１１００）やＡ３０００系（例：Ａ３００３）のアルミニウムを用いることが回路層１０の上面１１に強固にろう付できる点などで望ましい。Ａｌ層１ｃの厚さは例えば２０〜１２００μｍに設定される。さらに、Ａｌ層１ｃの融点はろう材層９のろう材の融点よりも高く設定されている。
【００６６】
Ｎｉ層１ａとＴｉ層１ｂは、拡散接合等により互いに接合一体化されており、本実施形態では拡散接合としてのクラッド圧延により互いに接合一体化されている。これにより、図３に示すようにＮｉ層１ａとＴｉ層１ｂとの接合界面にはＮｉ層１ａ中のＮｉとＴｉ層１ｂ中のＴｉとが合金化してなるＮｉ−Ｔｉ合金層１ｄが形成されている。この合金層１ｄの厚さは限定されるものではないが、０．１〜１０μｍであることが特に望ましい。クラッド圧延の条件は限定されるものではないが、クラッド温度１０〜５００℃及び圧下率２０〜７０％であることが特に望ましい。こうすることにより、Ｎｉ層１ａとＴｉ層１ｂとを強固に接合することができる。
【００６７】
Ｔｉ層１ｂとＡｌ層１ｃは、拡散接合等により互いに接合一体化されており、本実施形態では拡散接合としてのクラッド圧延により互いに接合一体化されている。クラッド圧延の条件は限定されるものではないが、クラッド温度１０〜５００℃及び圧下率２０〜７０％であることが特に望ましい。こうすることにより、Ｔｉ層１ｂとＡｌ層１ｃとを強固に接合することができる。
【００６８】
而して、図１に示すように、回路層１０の上面１１は、金属層１の下面３で隠蔽されずに露出した露出部１５を備えている。また、金属層１は、回路層１０の上面１１の露出部１５に対して略垂直に立上り状に配置された立上り面７を備えている。また、金属層１の上面２は、半導体素子２２がはんだ付されるはんだ付予定部２ａと、半導体素子２２がはんだ付されない非はんだ付予定部２ｂとから構成されている。
【００６９】
本第１実施形態では、金属層１の立上り面７は、金属層１の外周側面４である。回路層１０の上面１１の露出部１５は、回路層１０の上面１１における金属層１の外周側面４（即ち立上り面７）の外側で露出した部分であり、このような露出部１５を特に「第１露出部１５ａ」という。また、回路層１０の上面１１の第１露出部１５ａと金属層１の外周側面４との間の隅部８を特に「第１隅部８ａ」という。
【００７０】
ここで、図２では、金属層１は二点鎖線で図示されており、半導体素子２２は一点鎖線で図示されている。さらに、回路層１０の上面１１の露出部１５はクロスハッチングで図示されている。
【００７１】
図１及び２に示すように、金属層１の上面２のはんだ付予定部２ａは、金属層１の上面２の略中央部である。一方、金属層１の上面２の非はんだ付予定部２ｂは、金属層１の上面２のはんだ付予定部２ａを除いた部分であり、すなわち金属層１の上面２の外周部である。
【００７２】
回路層１０の上面１１の面積に対して回路層１０の上面１１の露出部１５の面積が占める割合は限定されるものではないが、特に、回路層１０の上面１１の露出部１５の面積は回路層１０の上面１１の面積に対して１〜５０％に設定されるのが望ましい。
【００７３】
次に、回路層１０と金属層１とのろう付状態について以下に詳述する。
【００７４】
回路層１０の上面１１の外周縁１１ａ形状は、図２に示すように、多角形状としての方形状（詳述すると正方形状）であり、したがって四つの角部及び四つの辺部を有している。回路層１０の上面１１の縦及び横の寸法は限定されるものではなく、例えば、それぞれ５〜５０ｍｍに設定される。
【００７５】
金属層１の下面３の外周縁３ａ形状は、回路層１０の上面１１の外周縁１１ａ形状と相似の形状（即ち方形状）である。さらに、金属層１の下面３の縦及び横の寸法は、回路層１０の上面１１の縦及び横の寸法よりもそれぞれ若干小さく設定されており、好ましくは、回路層１０の上面１１の縦及び横の寸法に対してそれぞれ０．３〜１０％小さく設定されるのが良い。そして、上述したように金属層１の下面３は回路層１０の上面１１の略中央部にろう材層９を介してろう付されている。したがって、本第１実施形態では、回路層１０の上面１１の第１露出部１５ａは、回路層１０の上面１１における金属層１の外周側面４の全周の外側の部分である。
【００７６】
さらに、図１に示すように、回路層１０の上面１１の第１露出部１５ａと金属層１の外周側面４との間の第１隅部８ａには、ろう材層９の余剰ろう材９ａがろう材層９のフィレット部として金属層１の外周側面４の全周に亘って充填されている。
【００７７】
さらに、金属層１の上面２のはんだ付予定部２ａに半導体素子２２がはんだ付されている。
【００７８】
次に、本第１実施形態の絶縁基板３０の製造方法について説明する。
【００７９】
図３に示すように、Ｎｉ層１ａとＴｉ層１ｂとＡｌ層１ｃとが積層状に接合一体化されて形成された金属層１を準備する。さらに、この金属層１の下面３にはろう材層９がクラッド圧延により予め接合されている。
【００８０】
回路層１０の上面１１の第１露出部１５ａ（露出部１５）が金属層１の下面３で隠蔽されずに露出するように、回路層１０の上面１１上に金属層１の下面３をろう材層９を介して配置する。そしてこの状態で回路層１０の上面１１に金属層１の下面３をろう材層９を介してろう付する。この工程を「ろう付工程」という。この際のろう付手段は限定されるものではないが、真空ろう付であることが特に望ましい。この場合、そのろう付の条件は限定されるものではないが、真空度１×１０−３〜１×１０−５Ｐａ、ろう付温度５９０〜６１０℃、その保持時間３〜６０ｍｉｎであることが特に望ましい。
【００８１】
このようにろう付を行うことにより、回路層１０の上面１１に金属層１の下面３がろう材層９を介してろう付されると同時に、図１に示すように回路層１０の上面１１の第１露出部１５ａと金属層１の外周側面４との間の第１隅部８ａにろう材層９の余剰ろう材９ａが金属層１の外周側面４の全周に亘って充填される。
【００８２】
なお、このろう付工程では、回路層１０の上面１１に金属層１の下面３をろう付するのと同時に、絶縁基板３０の構成するその他の層（１７、１８、１９）についても一括してろう付をしても良いし、更に放熱器２０についても一括してろう付をしても良い。
【００８３】
本第１実施形態の絶縁基板３０を用いて放熱装置３１を製造する場合には、絶縁基板３０の下面としての第２応力緩和層１９の下面に放熱器２０の上面がろう付等により接合される。これにより、放熱器２０が絶縁基板３０の下面に固定される。
【００８４】
本第１実施形態の絶縁基板３０を用いて半導体モジュール３２を製造する場合には、金属層１の上面２のはんだ付予定部２ａに半導体素子２２が常法に従ってはんだ付される。
【００８５】
本第１実施形態の絶縁基板３０及びその製造方法は次のような利点がある。
【００８６】
アルミニウム回路層１０の上面１１の第１露出部１５ａ（露出部１５）と金属層１の外周側面４（立上り面７）との間の第１隅部８ａ（隅部８）にろう材層９の余剰ろう材９ａが充填されているので、回路層１０の上面１１に金属層１の下面３をろう付する際にろう材層９の余剰ろう材９ａが金属層１の上面２にしみ上がるのを防止できるし、更には金属層１の上面２にしみ上がった余剰ろう材９ａによって金属層１の上面２にろう材溜まりが発生するのを防止できる。これにより、金属層１の上面２の良好なはんだ付性を維持することができ、その結果、金属層１の上面２に半導体素子２２（発熱体）を良好にはんだ付することができる。さらに、第１隅部８ａにろう材層９の余剰ろう材９ａがろう材層９のフィレット部として充填されているので、回路層１０の上面１１と金属層１の下面３との間のろう付強度が非常に高い。
【００８７】
さらに、ろう材層９の余剰ろう材９ａが充填される隅部８は、回路層１０の上面１１の第１露出部１５ａと金属層１の外周側面４との間の第１隅部８ａであるから、隅部８を容易に形成することができる。
【００８８】
さらに、金属層１の上面２がＮｉ層１ａの上面（即ちＮｉ）で形成されているので、金属層１の上面２に半導体素子２２を良好にはんだ付することができる。
【００８９】
また、一般的にＮｉはＡｌと反応して金属間化合物を形成する。したがって、金属層１がＮｉ層１ａを含んでいると、Ｎｉ層１ａ中のＮｉがろう材層９のろう材中のＡｌと反応して金属間化合物を形成することによりろう材層９の余剰ろう材９ａが消費される。これにより、余剰ろう材９ａのしみ上がりを確実に防止できる。
【００９０】
さらに、金属層１の下面３がＡｌ層１ｃの下面で形成されることにより、金属層１の下面３を回路層１０の上面１１に強固にろう付することができる。
【００９１】
また、一般的にＴｉはＡｌと反応して金属間化合物を形成する。したがって、金属層１がＴｉ層１ｂを含んでいると、Ｔｉ層１ｂ中のＴｉがろう材層９のろう材中のＡｌと反応して金属間化合物を形成することによりろう材層９の余剰ろう材９ａが更に消費される。これにより、余剰ろう材９ａのしみ上がりを更に確実に防止できる。
【００９２】
その上、Ｔｉ層１ｂがＮｉ層１ａとＡｌ層１ｃとの間に配置されるとともに、Ｎｉ層１ａとＴｉ層１ｂとＡｌ層１ｃとが積層状に接合一体化されている。そのため、冷熱サイクル試験などによって絶縁基板３０に生じた熱歪みは、Ｎｉ、Ｔｉ及びＡｌの線膨張係数差によって緩和される。これにより、絶縁基板３０に剥離や割れが生じるのを防止でき、したがって優れた強度的信頼性を有する絶縁基板３０を得ることができる。
【００９３】
本発明は、上記第１実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変更可能である。変更した幾つかの実施形態を以下に示す。
【００９４】
図４は、本発明の第２実施形態に係る絶縁基板１３０に用いられるアルミニウム回路層１１０の平面図である。同図では、上記第１実施形態の絶縁基板３０と同等の構成要素にはその符号に１００を加算した符号が付されている。図４では、図２と同様に、金属層１０１は二点鎖線で図示されており、半導体素子１２２は一点鎖線で図示されている。さらに、回路層１１０の上面１１１の露出部１１５はクロスハッチングで図示されている。
【００９５】
図４に示すように、第２実施形態では、金属層１０１の下面の外周縁１０３ａの一辺部がアルミニウム回路層１１０の上面１１１の外周縁１１１ａの一辺部の中間部に一致して沿う状態にして、回路層１１０の上面１１１に金属層１０１の下面がろう材層を介してろう付される。一方、金属層１０１の下面の外周縁１０３ａのその他の部分は回路層１１０の上面１１１の外周縁１１１ａに一致していない。
【００９６】
本第２実施形態では、回路層１１０の上面１１１に金属層１０１の下面をろう付するに際して、金属層１０１の下面の外周縁１０３ａの一辺部を回路層１１０の上面１１１の外周縁１１１ａの一辺部の中間部に一致させて沿う状態にして金属層１０１の下面を回路層１１０の上面１１１に配置する。これにより、回路層１１０の上面１１１に対する金属層１０１の下面の位置が決定される。そのため、金属層１０１の下面の位置の決定を容易に行うことができる。
【００９７】
図５は、本発明の第３実施形態に係る絶縁基板２３０に用いられるアルミニウム回路層２１０の平面図である。同図では、上記第１実施形態の絶縁基板３０と同等の構成要素にはその符号に２００を加算した符号が付されている。図５では、図２と同様に、金属層２０１は二点鎖線で図示されており、半導体素子２２２は一点鎖線で図示されている。さらに、回路層２１０の上面２１１の露出部２１５（第１露出部２１５ａ）はクロスハッチングで図示されている。
【００９８】
図５に示すように、本第３実施形態では、金属層２０１の下面の外周縁２０３ａ形状は、アルミニウム回路層２１０の上面２１１の外周縁２１１ａ形状に対応し且つ各角部が取れた形状である。具体的に説明すると、金属層２０１の下面の縦及び横の寸法は回路層２１０の上面２１１の縦及び横の寸法とそれぞれ等しく設定され、且つ、金属層２０１の下面の各角部の曲率半径は回路層２１０の上面２１１の各角部の曲率半径よりも大きく設定されている。そして、金属層２０１の下面の外周縁２０３ａの各辺部が回路層２１０の上面２１１の外周縁２１１ａの各辺部に一致して沿う状態にして、回路層２１０の上面２１１に金属層２０１の下面がろう材層を介してろう付される。一方、金属層２０１の下面の外周縁２０３ａの各角部は回路層２１０の上面２１１の外周縁２１１ａの各角部に一致していない。そのため、回路層２１０の上面２１１における各角部領域２１５ａａは、金属層２０１の下面で隠蔽されずに露出している。したがって、回路層２１０の上面２１１の第１露出部２１５ａは、回路層２１０の上面２１１における露出した四つの角部領域２１５ａａから構成される。
【００９９】
本第３実施形態によれば、回路層２１０の上面２１１に金属層２０１の下面をろう付するに際して、金属層２０１の下面の外周縁２０３ａの各辺部を回路層２１０の上面２１１の外周縁２１１ａの各辺部に一致させて沿う状態にして、金属層２０１の下面を回路層２１０の上面２１１に配置する。これにより、回路層２１０の上面２１１に対する金属層２０１の下面の位置が非常に正確に決定される。そのため、金属層２０１の下面の位置の決定を容易に且つ非常に正確に行うことができる。
【０１００】
図６は、本発明の第４実施形態に係る絶縁基板３３０に用いられるアルミニウム回路層３１０の平面図である。同図では、上記第１実施形態の絶縁基板３０と同等の構成要素にはその符号に３００を加算した符号が付されている。図６では、図２と同様に、金属層３０１は二点鎖線で図示されており、半導体素子３２２は一点鎖線で図示されている。さらに、回路層３１０の上面３１１の露出部３１５はクロスハッチングで図示されている。
【０１０１】
図６に示すように、本第４実施形態では、金属層３０１の下面の外周縁３０３ａ形状は、アルミニウム回路層３１０の上面３１１の外周縁３１１ａに対して外側に部分的に張り出す形状になっている。この場合、金属層３０１の下面の外周縁３０３ａの一辺部だけが回路層３１０の上面３１１の外周縁３１１ａの一辺部の中間部に一致して沿う状態にして、回路層３１０の上面３１１に金属層３０１の下面がろう材層を介してろう付される。回路層３１０の上面３１１の第１露出部３１５ａは、回路層３１０の上面３１１における二つの角部領域３１５ａａを含んでいる。
【０１０２】
図７は、本発明の第５実施形態に係る絶縁基板４３０に用いられるアルミニウム回路層４１０の平面図である。同図では、上記第１実施形態の絶縁基板３０と同等の構成要素にはその符号に４００を加算した符号が付されている。図７では、図２と同様に、金属層４０１は二点鎖線で図示されており、半導体素子４２２は一点鎖線で図示されている。さらに、回路層４１０の上面４１１の露出部４１５はクロスハッチングで図示されている。
【０１０３】
図７に示すように、本第５実施形態では、金属層４０１の下面の外周縁４０３ａの三辺部は波状に形成されており、これにより、金属層４０１の下面の外周縁４０３ａ形状は、アルミニウム回路層４１０の上面４１１の外周縁４１１ａに対して外側に部分的に張り出し且つ内側に部分的に凹んだ形状になっている。この場合、金属層４０１の下面の外周縁４０３ａの一辺部だけが回路層４１０の上面４１１の外周縁４１１ａの一辺部の中間部に一致して沿う状態にして、回路層４１０の上面４１１に金属層４０１の下面がろう材層を介してろう付される。回路層４１０の上面４１１の第１露出部４１５ａは、二つの角部領域４１５ａａを含んでいる。
【０１０４】
図８及び９は、本発明の第６実施形態に係る絶縁基板５３０及び半導体モジュール５３２を説明する図である。これらの同図では、上記第１実施形態の絶縁基板３０と同等の構成要素にはその符号に５００を加算した符号が付されている。なお、図８は、図９中のＹ−Ｙ線に対応する半導体モジュールの主要部の断面図である。
【０１０５】
本第６実施形態では、図９に示すように金属層５０１の下面５０３の外周縁５０３ａ形状は、図５に示した上記第３実施形態と同様に、アルミニウム回路層５１０の上面５１１の外周縁５１１ａ形状に対応し且つ各角部が取れた形状である。具体的に説明すると、金属層５０１の下面の縦及び横の寸法は回路層５１０の上面５１１の縦及び横の寸法とそれぞれ等しく設定され、且つ、金属層５０１の下面の各角部の曲率半径は回路層５１０の上面５１１の各角部の曲率半径よりも大きく設定されている。
【０１０６】
図８に示すように、複数の半導体素子としての２つの半導体素子５２２、５２２は、絶縁基板５３０の金属層５０１の上面５０２に互いに離間してそれぞれはんだ付されている。したがって、金属層５０１の上面５０２は、２つ半導体素子５２２、５２２がはんだ付される互いに離間した２つのはんだ付予定部５０２ａ、５０２ａを有している。これらのはんだ付予定部５０２ａ、５０２ａは、図９に示すように金属層５０１の上面５０２の略中央部を挟んだ両側に位置している。一方、金属層５０１の上面５０２の略中央部は、２つの半導体素子５２２、５２２がはんだ付されない非はんだ付予定部５０２ｂの一部を構成しており、当該略中央部には金属層５０１の下面５０３側へ貫通した平面視略長円状の貫通孔５０５が穿設されている。この貫通孔５０５は、回路層５１０の上面５１１の露出部５１５の面積を増やすための孔である。
【０１０７】
本第６実施形態では、金属層５０１の下面５０３の外周縁５０３ａの各辺部が回路層５１０の上面５１１の外周縁５１１ａの各辺部に一致して沿う状態にして、回路層５１０の上面５１１に金属層５０１の下面５０３がろう材層５０９を介してろう付される。一方、金属層５０１の下面５０３の外周縁５０３ａの各角部は回路層５１０の上面５１１の外周縁５１１ａの各角部に一致していない。そのため、回路層５１０の上面５１１における各角部領域５１５ａａは、金属層５０１の下面５０３で隠蔽されずに露出している。したがって、回路層５１０の上面５１１の第１露出部５１５ａは、回路層５１０の上面５１１における露出した四つの角部領域５１５ａａから構成されている。
【０１０８】
さらに、金属層５０１の上面５０２は、金属層５０１の貫通孔５０５の内周側面５０５ａの内側で露出した第２露出部５１５ｂを露出部５１５として備えている。金属層５０１の貫通孔５０５の内周側面５０５ａは、第２露出部５１５ｂに対して略垂直に立上り状に配置されている。したがって、金属層５０１の立上り面５０７は、金属層５０１の外周側面５０４だけではなく更に金属層５０１の貫通孔５０５の内周側面５０５ａを含んでいる。
【０１０９】
ここで、金属層５０１の上面５０２の第２露出部５１５ｂと金属層５０１の貫通孔５０５の内周側面５０５ａとの間の隅部５０８を特に「第２隅部５０８ｂ」という。
【０１１０】
回路層５１０の上面５１１に金属層５０１の下面５０３がろう材層５０９を介してろう付された状態において、ろう材層９の余剰ろう材９ａは、回路層５１０の上面５１１の第１露出部５１５ａ（即ち角部領域５１５ａａ）と金属層５０１の外周側面５０４との間の第１隅部５０８ａに充填されており、さらに、余剰ろう材９ａは、図８に示すように回路層５１０の上面５１１の第２露出部５１５ｂと金属層５０１の貫通孔５０５の内周側面５０５ａとの間の第２隅部５０８ｂに内周側面５０５ａの全周に亘って充填されている。
【０１１１】
本第６実施形態の絶縁基板５３０の製造方法では、上記第１実施形態と同じ手順で回路層５１０の上面５１１に金属層５０１の下面５０３をろう材層５０９を介してろう付する。これにより、回路層５１０の上面５１１に金属層５０１の下面５０３がろう材層５０９を介してろう付されると同時に、第１隅部５０８ａと第２隅部５０８ｂとにそれぞれろう材層５０９の余剰ろう材５０９ａが充填される。
【０１１２】
本第６実施形態によれば、金属層５０１の上面５０２の略中央部（非はんだ付予定部５０２ｂ）に金属層５０１の下面５０３側へ貫通した貫通孔５０５が穿設されることにより、回路層５１０の上面５１１の露出部５１５の面積を増やすことができる。これにより、ろう材層５０９の余剰ろう材５０９ａが充填される隅部５０８を増やすことができ、そのため余剰ろう材５０９ａのしみ上がりを確実に防止できる。
【０１１３】
さらに、貫通孔５０５が穿設されることにより、ろう付面積を減らすことができるとともに、ろう材層５０９の余剰ろう材５０９ａの隅部５０８への排出を促進することができる。これにより、金属層５０１の下面５０３を回路層５１０の上面５１１に良好にろう付することができる。
【０１１４】
しかも、貫通孔５０５は、金属層５０１の上面５０２のはんだ付予定部５０２ａではなく非はんだ付予定部５０２ｂに穿設されるので、半導体素子５２２の熱の回路層５１０側への伝導が貫通孔５０５によって阻害されるのを防止することができる。これにより、半導体素子５２２の熱を回路層５１０側へ良好に伝導させることができ、その結果、半導体素子５２２の熱を迅速に放出することができる。
【０１１５】
さらに、金属層５０１の下面５０３の外周縁５０３ａの各辺部が回路層５１０の上面５１１の外周縁５１１ａの各辺部に一致して沿う状態にして、金属層５０１の下面５０３が回路層５１０の上面５１１にろう付されているので、このろう付の際に回路層５１０の上面５１１に対する金属層５０１の下面５０３の位置が非常に正確に決定される。そのため、金属層５０１の下面５０３の位置の決定を容易に且つ非常に正確に行うことができる。
【０１１６】
以上で本発明の幾つかの実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で更に様々に変更可能である。
【０１１７】
例えば、本発明では、金属層の上面は上記実施形態のようにＮｉで形成されていることが特に望ましいが、その他にＣｕ等で形成されていても良い。
【０１１８】
さらに、本発明は、上記第１〜第６実施形態で適用された技術的思想を２つ以上組み合わせても良い。
【実施例】
【０１１９】
次に、本発明の具体的な実施例及び比較例を以下に示す。
【０１２０】
＜実施例＞
図１〜３に示した上記第１実施形態の絶縁基板３０を製造するため、次のような金属層１及びアルミニウム回路層１０を準備した。
【０１２１】
金属層１は、Ｎｉ層１ａとＴｉ層１ｂとＡｌ層１ｃとが積層状に接合一体化されて形成されたものであり、さらに、金属層１の下面３にろう材層９がクラッド圧延により接合されている。Ｎｉ層１ａはＪＩＳ（日本工業規格）１種の純ニッケル板で形成されたものであり、Ｎｉ層１ａの厚さは３０μｍである。Ｔｉ層１ｂはＪＩＳ１種の純チタン板で形成されたものであり、Ｔｉ層１ｂの厚さは２０μｍである。Ａｌ層１ｃはＡ３００３のアルミニウム板で形成されたものであり、Ａｌ層１ｃの厚さは１００μｍである。したがって、金属層１の厚さは１５０μｍである。ろう材層９のろう材はＡｌ−Ｓｉろう材であり、ろう材層９の厚さは２０μｍである。金属層１の下面３の縦及び横の寸法はそれぞれ２９．５ｍｍである。
【０１２２】
アルミニウム回路層１０は、純度が９９．９９％の高純度アルミニウム板で形成されている。回路層１０の厚さは６００μｍである。回路層１０の上面１１の縦及び横の寸法はそれぞれ３０ｍｍである。
【０１２３】
次いで、回路層１０の上面１１の丁度中央部に金属層１の下面３をろう材層９を介して真空ろう付によってろう付した。回路層１０の上面１１の第１露出部１５ａは、回路層１０の上面１１における金属層１の外周側面４（立上り面７）の全周の外側の部分であり、その幅は０．２５ｍｍである。また、このろう付工程で適用したろう付の条件は、真空度１×１０−４Ｐａ、ろう付温度６００℃、その保持時間１０ｍｉｎである。
【０１２４】
そして、回路層１０と金属層１を目視及びマイクロスコープもしくは実体顕微鏡にて観察した。その結果、ろう材層９の余剰ろう材９ａが回路層１０の上面１１の第１露出部１５ａと金属層１の外周側面４との間の第１隅部８ａに外周側面４の全周に亘って充填されていた。さらに、余剰ろう材９ａは金属層１の上面２に殆どしみ上がっておらず、更に、金属層１の上面２にろう材溜まりは発生していなかった。したがって、金属層１の上面２は良好なはんだ付性を維持していることを確認し得た。
【０１２５】
＜比較例＞
金属層の下面の外周縁形状をアルミニウム回路層の上面の外周縁形状と同じ形状にするとともに、更に、金属層の下面の縦及び横の寸法を回路層の上面の縦及び横の寸法とそれぞれ等しく設定した。そして、金属層の下面の外周縁を回路層の上面の外周縁に全部一致させた状態にして回路層の上面に金属層の下面をろう材層を介して真空ろう付によってろう付した。その際のろう付条件は実施例１と同じである。
【０１２６】
そして、回路層と金属層を目視及びマイクロスコープもしくは実体顕微鏡にて観察した。その結果、ろう材層の余剰ろう材が金属層の上面にしみ上がっており、更に、金属層の上面にろう材溜まりが発生していた。したがって、金属層の上面のはんだ付性が悪くなっていることを確認し得た。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明は、発熱体（例：半導体素子）がはんだ付される面を有する絶縁基板、絶縁基板を具備する放熱装置、絶縁基板を具備する半導体モジュール、絶縁基板の製造方法、放熱装置の製造方法、及び、半導体モジュールの製造方法に利用可能である。
【符号の説明】
【０１２８】
１：金属層
１ａ：Ｎｉ層
１ｂ：Ｔｉ層
１ｃ：Ａｌ層
２：金属層の上面
３：金属層の下面
４：金属層の外周側面（金属層の立上り面）
７：金属層の立上り面
８：隅部
８ａ：第１隅部
８ｂ：第２隅部
９：ろう材層
９ａ：余剰ろう材
１０：アルミニウム回路層
１１：回路層の上面
１５：露出部
１５ａ：第１露出部
１５ｂ：第２露出部
１７：絶縁層
２０：放熱器
２２：半導体素子（発熱体）
３０：絶縁基板
３１：放熱装置
３２：半導体モジュール
【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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【図９】
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