(57)【要約】【課題】金属板とセラミックス板とを接合材層を介して接合する際のセラミックス板、接合材及び金属板の位置ずれを防止し、これらの積層体を効率的に製造することが可能な金属−セラミックス板積層体の製造装置及び製造方法を提供するとともに、これらをパワーモジュール用基板に応用したパワーモジュール用基板の製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】接合材層が形成されたセラミックス板上に、仮止め材が形成された金属板を積層する金属板−セラミックス板積層体の製造装置であって、セラミックス板２１上に金属板３０を搬送し、セラミックス板２１と金属板３０を積層する搬送手段３と、その搬送手段３による金属板３０の搬送経路の途中に設けられ、金属板３０の仮止め材を溶融する加熱手段４とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合材層がセラミックス板又は金属板のいずれかの上に形成されるとともに、これらセラミックス板と金属板とのいずれか一方の板の上に仮止め材が形成され、前記仮止め材により前記セラミックス板と前記金属板とを前記接合材層を介して重ね合わせた状態に仮止めして、前記セラミックス板と前記金属板とを積層する金属板−セラミックス板積層体の製造装置であって、前記セラミックス板と前記金属板とのいずれか他方の板の上に前記一方の板を搬送して、前記セラミックス板と前記金属板を積層する搬送手段と、前記搬送手段による前記一方の板の搬送経路の途中に設けられ、該一方の板の仮止め材を溶融する加熱手段とを備えることを特徴とする金属−セラミックス板積層体の製造装置。
【請求項２】
前記仮止め材又は前記一方の板の温度を測定する測温手段を備えることを特徴とする請求項１記載の金属−セラミックス板積層体の製造装置。
【請求項３】
前記測温手段は、前記搬送手段に備えられることを特徴とする請求項２記載の金属−セラミックス板積層体の製造装置。
【請求項４】
前記金属板と前記セラミックス板との積層後に、前記仮止め材を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の金属−セラミックス板積層体の製造装置。
【請求項５】
接合材層がセラミックス板又は金属板のいずれかの上に形成されるとともに、これらセラミックス板と金属板とのいずれか一方の板の上に仮止め材が形成され、前記仮止め材により前記セラミックス板と前記金属板とを前記接合材を介して重ね合わせた状態に仮止めして、前記セラミックス板と前記金属板とを接合するパワーモジュール用基板の製造装置であって、前記セラミックス板と前記金属板とのいずれか他方の板の上に前記一方の板を搬送して、前記セラミックス板と前記金属板を積層する搬送手段と、その積層体を積層方向に加圧して加熱することにより、前記セラミックス板と前記金属板とを接合する接合手段とを有し、前記搬送手段による前記一方の板の搬送経路の途中に設けられ、該一方の板の仮止め材を溶融する加熱手段とを備えることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造装置。
【請求項６】
前記仮止め材又は前記一方の板の温度を測定する測温手段を備えることを特徴とする請求項５記載のパワーモジュール用基板の製造装置。
【請求項７】
前記測温手段は、前記搬送手段に備えられることを特徴とする請求項６記載のパワーモジュール用基板の製造装置。
【請求項８】
前記金属板と前記セラミックス板との積層後に、前記仮止め材を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板の製造装置。
【請求項９】
接合材層がセラミックス板又は金属板のいずれかの上に形成されるとともに、これらセラミックス板と金属板とのいずれか一方の板の上に仮止め材が形成され、前記仮止め材により前記セラミックス板と前記金属板とを前記接合材を介して重ね合わせた状態に仮止めして、前記セラミックス板と前記金属板とが積層される金属−セラミックス板積層体の製造方法であって、前記セラミックス板と前記金属板とのいずれか他方の板の上に前記一方の板を搬送し、前記セラミックス板と前記金属板を積層する積層工程を有し、前記積層工程において、前記セラミックス板と前記金属板とが積層される際に、前記仮止め材が溶融していることを特徴とする金属−セラミックス板積層体の製造方法。
【請求項１０】
前記積層工程において、前記仮止め材又は前記一方の板の温度を搬送中に測定することを特徴とする請求項９記載の金属−セラミックス板積層体の製造方法。
【請求項１１】
前記金属板と前記セラミックス板との積層後に、前記仮止め材を冷却することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の金属−セラミックス板積層体の製造方法。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか一項に記載の金属−セラミックス板積層体の製造方法によって得られる金属−セラミックス板積層体を、積層方向に加圧して加熱することにより、前記セラミックス板と前記金属板とを接合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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大電流、高電圧を制御する半導体装置用のパワーモジュール用基板を製造するために用いられる金属−セラミックス板積層体の製造装置及び製造方法、パワーモジュール用基板の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワーモジュール用基板として、セラミックス基板の一方の面に回路板が積層状態に接合されるとともに、他方の面に放熱板が積層状態に接合されたものが知られており、回路板の上に半導体チップ（パワー素子）等の電子部品がはんだ付けされ、放熱板にヒートシンクが接合されることにより、パワーモジュールとして供される。
【０００３】
このようなパワーモジュール用基板において、セラミックス基板に回路板や放熱板となる金属板を積層状態に接合する方法として、例えば特許文献１や特許文献２記載の技術がある。
特許文献１には、複数の回路要素を厚さの薄いブリッジ部で相互に接続した状態の銅回路組立体を調整する一方、セラミックス基板にＴｉなどの活性金属を含有するＡｇ‐Ｃｕ‐Ｔｉ等の接合材を銅回路組立体の形状パターンで印刷しておき、これらを積層して加熱することにより接合し、その後、エッチング処理によりブリッジ部を除去することが開示されている。
特許文献２には、セラミックス母材と金属板とをろう材箔を介して積層して接合した後、金属板をエッチングして回路パターンを形成し、セラミックス母材の回路パターン間に溝を形成してセラミックス母材を溝に沿って分割することにより、複数のパワーモジュール用基板を製造する方法が開示されている。
また、特許文献３では、金属平板の片面に樹脂コーティング層（有機物樹脂としてオクタンジオールを含有）を介してろう材箔を貼り付けておき、これら金属平板とろう材箔とを重ね合わせたものを回路層の外形に打ち抜き成形して、回路層に貼り付けられたろう材箔をセラミックス平板に重ね合わせることにより、ろう材箔を介して回路層とセラミックス平板とを積層して接合することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６‐２１６４９９号公報
【特許文献２】特開２０１０‐５０１６４号公報
【特許文献３】特開２０１０‐１０５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び特許文献２の方法も複数のパワーモジュール用基板を製造することが可能で、量産性に優れるが、これら複数のパワーモジュール用基板を並べて形成し得る大きさのセラミックス基板と金属板との大板どうしを接合すると、接合材が回路要素以外の部分にも濡れ広がる。金属板が銅の場合には活性金属法による接合となり、その接合材にはＡｇが含まれるため、濡れ広がり部分をエッチング等により除去することは困難である。
このため、特許文献３に記載されているように、金属板を予め個片化しておき、その個片の形状に合わせた形状パターンのろう材を使用することが考えられるが、これらを積層して、加圧、加熱処理する際の位置ずれ防止の技術が望まれる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、金属板とセラミックス板とを接合材層を介して接合する際にセラミックス板、接合材層及び金属板の位置ずれを防止し、これらの積層体を効率的に製造することができる金属−セラミックス板積層体の製造装置及び製造方法を提供するとともに、これらをパワーモジュール用基板に応用したパワーモジュール用基板の製造装置及び製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の金属−セラミックス板積層体の製造装置は、接合材層がセラミックス板又は金属板のいずれかの上に形成されるとともに、これらセラミックス板と金属板とのいずれか一方の板の上に仮止め材が形成され、前記仮止め材により前記セラミックス板と前記金属板とを前記接合材層を介して重ね合わせた状態に仮止めして、前記セラミックス板と前記金属板とを積層する金属板−セラミックス板積層体の製造装置であって、前記セラミックス板と前記金属板とのいずれか他方の板の上に前記一方の板を搬送して、前記セラミックス板と前記金属板を積層する搬送手段と、前記搬送手段による前記一方の板の搬送経路の途中に設けられ、該一方の板の仮止め材を溶融する加熱手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
一方の板を搬送する途中で加熱手段により仮止め材を加熱することで、仮止め材を溶融させることができる。そして、仮止め材を溶融させた状態で一方の板を他方の板に積層することで、金属板とセラミックス板とを接合材層を介して仮止めすることができる。
本発明においては、一方の板の搬送経路の途中に加熱手段を設けているので、仮止め材を溶融させた状態で直ちに金属板とセラミックス板とを積層することができ、金属板とセラミックス板とを接合材層を介して確実に接着させることができる。
【０００９】
また、金属−セラミックス板積層体をその後に加熱して接合する際に、接合工程中にセラミックス板及び接合材層と金属板との位置がずれることがなく、これらが位置決めされた状態に保持される。したがって、接合材が金属板の外側へはみ出すことが防止される。
【００１０】
本発明の金属−セラミックス板積層体の製造装置は、前記仮止め材又は前記一方の板の温度を測定する測温手段を備えているとよい。
測温手段により、仮止め材の溶融状態を確認することができるので、仮止め不良等を生じることなく、セラミックス板と金属板とを接合材層を介して正確に接着することができる。
【００１１】
本発明の金属−セラミックス板積層体の製造装置において、前記測温手段は、前記搬送手段に備えられているとよい。
一方の板を搬送する搬送手段に測温手段を設けることで、１つの測温手段によって一方の板の加熱時、一方の板を他方の板上に積層する際、一方の板と他方の板の積層後の各タイミングにおける仮止め材の溶融状態を確認することが可能となる。これにより、仮止め材を完全に溶融させた状態で金属板とセラミックス板とを積層でき、積層後は金属板とセラミックス板とが仮止めされた状態で積層体を取扱うことができるので、セラミックス板と金属板との位置ずれを確実に防止することができる。
【００１２】
本発明の金属−セラミックス板積層体の製造装置において、前記金属板と前記セラミックス板との積層後に、前記仮止め材を冷却する冷却手段を備えるとよい。
溶融状態の仮止め材を自然冷却によって固化させることで、セラミックス板と金属板とを接合材層を介して接着状態とすることができるが、冷却手段により積極的に冷却することで、セラミックス板上に金属板を位置合わせした状態を即時に確定させることができる。
【００１３】
また、本発明は、接合材層がセラミックス板又は金属板のいずれかの上に形成されるとともに、これらセラミックス板と金属板とのいずれか一方の板の上に仮止め材が形成され、前記仮止め材により前記セラミックス板と前記金属板とを前記接合材層を介して重ね合わせた状態に仮止めして、前記セラミックス板と金属板とを接合するパワーモジュール用基板の製造装置であって、前記セラミックス板と前記金属板とのいずれか他方の板の上に前記一方の板を搬送して、前記セラミックス板と前記金属板を積層する搬送手段と、その積層体を積層方向に加圧して加熱することにより、前記セラミックス板と前記一方の板とを接合する接合手段とを有し、前記搬送手段による前記一方の板の搬送経路の途中に設けられ、該一方の板の仮止め材を溶融する加熱手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
このパワーモジュール用基板の製造装置においても、金属−セラミックス板積層体の製造装置と同様の構成とすることができる。
すなわち、前記仮止め材又は前記一方の板の温度を測定する測温手段を備えるとよい。
また、前記測温手段は、前記搬送手段に備えられるとよい。
さらに、前記金属板と前記セラミックス板との積層後に、前記仮止め材を冷却する冷却手段を備えるとよい。
【００１５】
また、本発明は、接合材層がセラミックス板又は金属板のいずれかの上に形成されるとともに、これらセラミックス板と金属板とのいずれか一方の板の上に仮止め材が形成され、前記仮止め材により前記セラミックス板と前記金属板とを前記接合材層を介して重ね合わせた状態に仮止めして、前記セラミックス板と前記金属板とが積層される金属−セラミックス板積層体の製造方法であって、前記セラミックス板と前記金属板とのいずれか他方の板の上に前記一方の板を搬送し、前記セラミックス板と前記金属板を積層する積層工程を有し、
前記積層工程において、前記セラミックス板と前記金属板とが積層される際に、前記仮止め材が溶融していることを特徴とする。
この金属−セラミックス板積層体の製造方法においても、前記積層工程において、前記仮止め材又は前記一方の板の温度を搬送中に測定するとよい。
また、前記金属板と前記セラミックス板との積層後に、前記仮止め材を冷却するとよい。
【００１６】
本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、前述した本発明の金属−セラミックス板積層体の製造方法によって得られる積層体を、積層方向に加圧して加熱することにより、前記セラミックス板と前記金属板とを接合することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、金属板を接合材層によりセラミックス板に接合する際のセラミックス板、接合材層及び金属板の位置ずれを防止できるので、これらの接合体を効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態の金属−セラミックス板積層体の製造装置を示す平面図である。
【図２】図１に示す金属−セラミックス板積層体の製造装置の正面図である。
【図３】図１に示す金属−セラミックス板積層体の製造装置の左側面図である。
【図４】銅回路板（金属板）のトレーの部分平面図である。
【図５】セラミックス板の供給ステージの部分平面図である。
【図６】銅回路板（金属板）の供給手段を構成する受入れ用ピックアップシリンダを説明する図であり、（ａ）が受入れ用ピックアップシリンダによる銅回路板（金属板）の取り出し時、（ｂ）が（ａ）の部分拡大図を示す。
【図７】銅回路板（金属板）の供給手段を構成する反転手段を説明する図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が断面図を示す。
【図８】図７（ｂ）に示す反転手段の部分拡大図である。
【図９】仮止め材の加熱手段を説明する図である。
【図１０】セラミックス板と銅回路板（金属板）との積層手段を説明する図であり、（ａ）が積層前、（ｂ）が積層後の状態を示す。
【図１１】本発明で用いられる加圧治具の例を示す側面図である。
【図１２】パワーモジュール用基板の断面図である。
【図１３】金属−セラミックス板積層体の断面図である。
【図１４】本発明の金属−セラミックス板積層体の製造装置の他の実施形態の積層手段を説明する図であり、（ａ）が積層前、（ｂ）が積層後の状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１２は、この発明により製造される金属−セラミックス板積層体１１によって製造されるパワーモジュール用基板１０を示している。
このパワーモジュール用基板１０は、セラミックス基板２０と、このセラミックス基板２０の片面に接合された銅回路板（本発明の金属板）３０と、セラミックス基板２０の反対側の表面に接合された放熱板４０とを備えている。この場合、セラミックス基板２０及び放熱板４０は、矩形平板状に形成されるが、銅回路板３０は、所望の回路パターンに形成される。
【００２０】
そして、パワーモジュール用基板１０は、放熱板４０のセラミックス基板２０とは反対側の表面にヒートシンク５０が接合されるとともに、銅回路板３０の上に半導体チップ等の電子部品６０がはんだ層６１により接合され、この電子部品６０と銅回路板３０との間がボンディングワイヤ（図示略）等によって接続されることにより、パワーモジュールが構成される。
また、必要に応じてモールド樹脂（図示略）により全体が封止される。はんだ層６１は、Ｓｎ‐Ｃｕ系、Ｓｎ‐Ａｇ‐Ｃｕ系、Ｚｎ‐Ａｌ系若しくはＰｂ‐Ｓｎ系等のはんだにより形成される。
【００２１】
セラミックス基板２０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、若しくはＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスを母材として矩形状に形成されている。セラミックス基板２０の厚さは０．１２５ｍｍ〜１．０ｍｍとされる。
銅回路板３０は、無酸素銅やタフピッチ銅等の純銅又は銅合金（本発明では単に銅と称す）により形成され、板材をプレスで打ち抜くことにより、所望の回路パターンに形成されている。銅回路板３０の厚さは０．３ｍｍ〜４ｍｍとされる。この銅回路板３０は、後述するように、セラミックス基板にＴｉ等の活性金属を含有するＡｇ‐ＴｉやＡｇ‐Ｔｉ‐Ｃｕなどの活性金属ろう材からなる接合材によって接合される。
放熱板４０は、純度９９．９０％以上の純アルミニウム又はアルミニウム合金（単にアルミニウムと称す）により形成され、厚さ０．２ｍｍ〜２ｍｍで、通常はセラミックス基板２０より小さい矩形の平板状に形成される。この放熱板４０は、セラミックス基板２０にＡｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｇｅ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｇ系またはＡｌ−Ｍｎ系等のろう材を接合材として接合される。
【００２２】
次に、このように構成されるパワーモジュール用基板１０の製造に用いられる金属−セラミックス板積層体１１（図１３参照）の製造装置について説明する。
図１から図３に示す金属−セラミックス板積層体の製造装置１００は、図１３に示すように、活性金属ろう材からなる接合材層７１が形成されたセラミックス板（他方の板）２１の片面に、ポリエチレングリコールを主成分とする仮止め材７２が塗布された銅回路板（一方の板）３０を複数並べて仮止めすることにより、金属−セラミックス板積層体１１を製造するものである。
なお、セラミックス板２１は、パワーモジュール用基板１０を構成するセラミックス基板２０を複数並べて形成し得る面積で形成されており、金属−セラミックス板積層体１１を加圧加熱して接合した後、セラミックス板２１の反対面に放熱板４０をそれぞれ接合し、その後にセラミックス板２１を分割することにより、個片化したパワーモジュール用基板１０を製造することができる。また、銅回路板３０及び放熱板４０は、個々のパワーモジュール用基板１０に用いられる製品形状のものを用いる。
【００２３】
本実施形態の金属−セラミックス板積層体の製造装置１００は、図１に示すように、仮止め材７２が塗布された銅回路板３０（図４参照）を載置する載置台１と、その銅回路板３０の外形と同形状の接合材層７１が形成されたセラミックス板２１（図５参照）を載置する基台２と、銅回路板３０を載置台１上から基台２上に搬送するとともに、セラミックス板２１と位置合わせして接合材層７１及び仮止め材７２を介して銅回路板３０とセラミックス板２１とを積層する搬送手段３と、その搬送手段３による銅回路板３０の搬送経路の途中に設けられ、銅回路板３０の仮止め材７２を溶融する加熱手段４とを備える。
また、製造装置１００には、載置台１に銅回路板３０を載置する供給手段５が設けられており、供給手段５は、銅回路板３０を仮止め材７２の付着面３１を上向きにした状態で複数収容したトレー５１を所定位置まで移動する供給ステージ５２と、その供給ステージ５２上のトレー５１から銅回路板３０の個片を取り出す受入れ用ピックアップシリンダ５３と、受入れ用ピックアップシリンダ５３から受け取った銅回路板３０を反転させて仮止め材７２の付着面３１を下向きにした状態で載置台１に供給する反転手段５４とを備える。
【００２４】
例えば、供給ステージ５２は、作業者がトレー５１を載置し得る位置（図１に二点鎖線で示す位置）と、受入れ用ピックアップシリンダ５３によって銅回路板３０が取り出し可能な位置との間で移動可能に構成され、作業者が供給ステージ５２上に載置したトレー５１を受入れ用ピックアップシリンダ５３の稼働位置まで搬送できるようになっている。また、供給ステージ５２には、受入れ用ピックアップシリンダ５３による銅回路板３０の取り出し可能位置において供給ステージ５２を支持する位置決め手段５５が設けられている。
また、受入れ用ピックアップシリンダ５３は、トレー５１内に複数収容された銅回路板３０を１個ずつ取り出して反転手段５４の旋回ステージ５６に移動するものであり、後述する搬送手段３と同じ駆動機構６によってｘｙｚ軸方向に移動可能に支持されている。
反転手段５４は、図７及び図８に示すように、ロータリーアクチュエータ５７によって支軸５８回りに１８０°旋回可能に支持される旋回ステージ５６により構成されている。この旋回ステージ５６には、銅回路板３０の厚さよりも小さい深さの凹部５６ａが形成されており、この凹部５６ａ内に銅回路板３０を収容することにより、銅回路板３０の上面が水平面に沿って面一に配置される。そして、凹部５６ａ内に銅回路板３０を収容した状態で旋回ステージ５６を旋回することにより、仮止め材７２の付着面３１を上向きから下向きに反転させるとともに、隣接する載置台１上に落下させ、仮止め材７２の付着面３１を下向きにした状態で銅回路板３０を載置台１上に載置することができるようになっている。
【００２５】
載置台１には、銅回路板３０を位置決めするための互いに直交するガイド壁１ａ，１ｂと、ガイド壁１ａ，１ｂに向かって進退可能に支持されるプッシャ部１５ａ，１５ｂとが設けられており、図７（ａ）に二点鎖線で示すように、載置台１上に載置された銅回路板３０をプッシャ部１５ａ，１５ｂによってガイド壁１ａ，１ｂとの間に挟むことにより、銅回路板３０が載置台１上の所定位置に位置決めされる。
【００２６】
搬送手段３は、駆動機構６によりｘｙｚ軸方向に移動可能に設けられた積層用ピックアップシリンダ３３により構成される。なお、駆動機構６には、積層用ピックアップシリンダ３３の他に受入れ用ピックアップシリンダ５３も移動可能に設けられている。
この搬送手段３は、載置台１上に付着面３１が下向きの状態で載置された銅回路板３０を、付着面３１を下向きにした状態でセラミックス板２１が載置された基台２上まで搬送し、銅回路板３０の付着面３１を基台２上のセラミックス板２１に重ねることにより、銅回路板３０とセラミックス板２１とを積層する。具体的には、図１０に示すように、銅回路板３０の付着面３１とは反対側の上面を積層用ピックアップシリンダ３３によってエアー吸着することにより、銅回路板３０を搬送する。
【００２７】
基台２は、作業者がセラミックス板２１を載置し得る位置（図１に二点鎖線で示す位置）から、銅回路板３０が積層される積層位置（図１に実線で示す位置）との間で移動可能な供給ステージ２２に取り付けられている。また、基台２のセラミックス板２１の載置面には、セラミックス板２１の側面を囲むように複数のガイドピン２３が間隔をおいて立設されており、これらガイドピン２３で囲まれた領域にセラミックス板２１を載置することにより、セラミックス板２１が基台２上で位置決めされるようになっている。
【００２８】
そして、搬送手段３による銅回路板３０の搬送経路の途中には、銅回路板３０の仮止め材７２を溶融する加熱手段４が設けられている。
加熱手段４は、図９に示すように、ラバーヒータ４１により構成されている。このラバーヒータ４１に銅回路板３０の付着面３１を対面させて配置することにより、付着面３１の仮止め材７２を加熱して溶融させることができる。
また、搬送手段３には、銅回路板３０の搬送時において、仮止め材７２の溶融状態を観測可能な測温手段３４が備えられている。したがって、加熱手段４による銅回路板３０の加熱時、銅回路板３０のセラミックス板２１上への積層時、銅回路板３０とセラミックス板２１の積層後の各タイミングにおける仮止め材７２の溶融状態を確認することが可能となっている。なお、測温手段３４としては、例えば、赤外線放射温度計等が用いられ、本実施形態では、積層用ピックアップシリンダ３３に保持された銅回路板３０の温度を測定する構成とされる。
【００２９】
また、製造装置１００には、銅回路板３０とセラミックス板２１との積層後に、これらを冷却する冷却手段３５が設けられている。なお、冷却手段３５は、図１０（ｂ）に示すように、エアーを吹き付ける冷却ノズルにより構成され、搬送手段３に設けられている。
【００３０】
次に、上述した製造装置１００を用いて金属−セラミックス板積層体１１を製造する方法について説明する。
なお、セラミックス板２１の片面には、図５に示すように、活性金属ろう材のペーストを塗布することにより、予め接合材層７１が形成されている。また、活性金属ろう材は、Ａｇ及び活性金属（例えばＴｉ）を含む金属粉末と、エチルセルロース、メチルセルロース、ポリメチルメタクリレート、アクリル樹脂、アルキッド樹脂等の有機バインダと、トルエン、シクロヘキサノン、ジアセトンアルコール、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、テルピネオール、テキサノ−ル、トリエチルシトレート等の溶剤と、分散剤、可塑剤、還元剤等を混合してペースト状に形成したものであり、金属粉末として、Ａｇ−８．８質量％Ｔｉ、Ａｇ−２７．４質量％Ｃｕ−２．０質量％Ｔｉが好適に用いられる。例えば、この活性金属ろう材をスクリーン印刷法等によりセラミックス板２１の表面における各銅回路板３０の接合予定位置にそれぞれ塗布して、乾燥することにより、銅回路板３０の外形と同じ形状パターンの接合材層７１がセラミックス板２１の表面に形成されている。活性金属ろう材は乾燥することにより、多孔質体となる。このため、接合材層７１は多数の空孔を有する多孔質体である。
【００３１】
また、銅回路板３０の片面には、図４に示すように、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を主成分として含有する仮止め材７２が塗布されている。このポリエチレングリコールは、常温（２５℃）で固体であり、比較的低融点で液体へと相変態する。平均重量分子量が８００〜２００００のものが好適に用いられる。平均重量分子量が８００未満では常温で液体となるため取り扱い性が悪く、２００００を超えると、融点が高くなるため、銅回路板３０への塗布作業性が悪い。平均重量分子量８００〜１０００のものは融点が約４０℃、平均重量分子量６０００でも融点６０℃程度である。この仮止め材７２を加温して溶融状態とし、例えば銅回路板３０の表面における隅部等の複数箇所に滴下することにより、銅回路板３０表面に仮止め材７２を塗布する。そして、銅回路板３０に滴下した仮止め材７２を、一旦常温まで冷却して固化させることにより、仮止め材７２が付着した銅回路板３０が形成されている。
また、この仮止め材７２を付着した銅回路板３０は、トレー５１内の各凹部に仮止め材７２を上方に向けた状態で配置され、供給ステージ５２上に運ばれる。なお、トレー５１内に配置した状態の銅回路板３０に仮止め材７２を滴下するようにして、銅回路板３０に仮止め材７２を塗布することとしてもよい。
【００３２】
まず、供給ステージ５２上にトレー５１を載置し、受入れ用ピックアップシリンダ５３による銅回路板３０の取出位置まで移動する。そして、トレー５１内に収容された銅回路板３０の個片を、受入れ用ピックアップシリンダ５３により１個ずつ取り出して旋回ステージ５６に移動して、仮止め材７２の付着面３１を上向きから下向きに反転させた状態で、銅回路板３０を載置台１上に配置する。
次いで、載置台１上の銅回路板３０を、積層用ピックアップシリンダ３３によって付着面３１を下向きにした状態で搬送する。そして、載置台１から基台２に銅回路板３０を搬送する途中で、銅回路板３０の付着面３１をラバーヒータ４１に対面させて加熱する。仮止め材７２はラバーヒータ４１で加熱されることにより溶融状態となる。この際、仮止め材７２の溶融状態は、測温手段３４により観測することができる。
そして、仮止め材７２が溶融した状態で、図１０（ａ）に示すように銅回路板３０をセラミックス板２１が載置された基台２上まで搬送し、銅回路板３０の付着面３１をセラミックス板２１に積層する。この際、銅回路板３０に付着した仮止め材７２は積層により銅回路板３０と接合材層７１との間で薄く延ばされ層状になるとともに、多孔質体である接合材層７１の空孔内に仮止め材７２が流れ込み、両者を固着する。接合材層７１と銅回路板３０とは同じ外形に形成されているので、これらがずれることなく正確な位置決め状態に積層される。そして、仮止め材７２は、図１０（ｂ）に示すように、冷却手段３５により即時に常温に冷却されることにより固化し、銅回路板３０とセラミックス板２１とが位置決め状態に保持され、図１３に示すように、銅回路板３０とセラミックス板２１とが接合材層７１を介して仮止めされた金属−セラミックス板積層体１１が製造される。
【００３３】
このように、搬入時には銅回路板３０に塗布された仮止め材７２は固化しているが、載置台１から基台２に銅回路板３０を搬送する途中で加熱手段４により仮止め材７２を加熱することで、仮止め材７２を溶融させることができる。そして、仮止め材７２を溶融させた状態で銅回路板３０をセラミックス板２１に積層することができる。
このようにして製造される金属−セラミックス板積層体１１は、銅回路板３０を仮止め材７２によりセラミックス板２１上の接合材層７１に仮止めしているので、その後の接合工程での接合作業中等において銅回路板３０とセラミックス板２１の接合材層７１との位置ずれが防止され、銅回路板３０をセラミックス板２１の所定位置に正確に位置決めした状態で接合することができる。
【００３４】
なお、金属−セラミックス板積層体１１は、積層方向に加圧した状態のまま真空中で加熱することにより、セラミックス板２１と銅回路板３０とをその間に介在させた接合材層７１により接合することができる。この接合材には、活性金属が含まれているので、真空中で加熱すると、セラミックス板２１の表面に活性金属であるＴｉがセラミックス板２１に含まれるＮ又はＯと反応して窒化物や酸化物等を形成するとともに、Ａｇが銅回路板３０のＣｕとの反応により溶融金属層を形成し、これが冷却凝固することによりＡｇ‐Ｃｕ共晶層を介して銅回路板３０とセラミックス板２１とが接合される。なお、仮止め材７２は、この加熱の初期の段階で分解して消失する。
【００３５】
また、放熱板４０は、Ａｌ‐Ｓｉ系、Ａｌ‐Ｇｅ系、Ａｌ‐Ｃｕ系、Ａｌ‐Ｍｇ系またはＡｌ‐Ｍｎ系等のろう材を接合材としてセラミックス板２１に接合される。接合方法としては、放熱板４０とセラミックス板２１との間に接合材（ろう材箔）を介在させて積層する、あるいは放熱板４０を形成するためのアルミニウム板に接合材を溶接等により仮止めしておき、プレスで打ち抜くことにより、接合材が仮止めされた放熱板４０を形成し、その放熱板４０の接合材側をセラミックス板２１に重ねて積層する、などの方法とすることができる。また、この放熱板４０の積層作業においても、本実施形態の金属−セラミックス板積層体の製造装置１００を用いることができる。
【００３６】
放熱板４０は、セラミックス板２１の銅回路板３０の接合側とは反対面に、各銅回路板３０の接合位置に対応するように１個ずつ積層する。そして、前述の銅回路板３０の接合工程と同様に、放熱板４０を積層した積層体を複数組積み重ね、積層方向に加圧した状態で真空加熱炉内で加熱することにより、接合材（ろう材）と放熱板４０の一部のアルミニウムを溶融させ、冷却凝固することによりセラミックス板２１に放熱板４０が接合される。
【００３７】
なお、セラミックス板２１の銅回路板３０間にレーザー加工等によって溝を形成し、その溝に沿ってセラミックス板２１を分割することにより、図１２に示すように、セラミックス基板２０の片面に銅回路板３０、反対面に放熱板４０が接合された個々のパワーモジュール用基板１０が形成される。セラミックス板２１の溝は、銅回路板３０を接合する前に形成しておいてもよい。
【００３８】
このように、本実施形態の金属−セラミックス板積層体の製造装置１００においては、銅回路板３０の搬送経路の途中に加熱手段４を設けているので、仮止め材７２を溶融させた状態で直ちに銅回路板３０とセラミックス板２１とを積層することができ、銅回路板３０とセラミックス板２１とを接合材層７１を介して確実に接着させることができる。
【００３９】
また、金属−セラミックス板積層体１１は、その後に加熱されてセラミックス板２１と銅回路板３０とが接合材により接合される。この接合工程においては、図１１に示す加圧治具１１０が用いられる。この加圧治具１１０は、ベース板１１１と、ベース板１１１の上面の四隅に垂直に取り付けられたガイドポスト１１２と、これらガイドポスト１１２の上端部に固定された固定板１１３と、これらベース板１１１と固定板１１３との間で上下移動自在にガイドポスト１１２に支持された押圧板１１４と、固定板１１３と押圧板１１４との間に設けられて押圧板１１４を下方に付勢するばね等の付勢手段１１５とを備え、ベース板１１１と押圧板１１４との間に金属−セラミックス板積層体１１が配設される。
そして、この加圧治具１１０により金属−セラミックス板積層体１１を加圧した状態で、加圧治具１１０ごと加熱炉１２０内に設置し、真空雰囲気中で８００℃以上９３０℃以下の温度で１分〜６０分加熱することによりセラミックス板２１と銅回路板３０とをろう付けする。本発明の接合手段は、この実施形態では加圧治具１１０と加熱炉１２０とにより構成される。
この接合工程においても、セラミックス板２１及び接合材層７１と銅回路板３０との位置がずれることがなく、これらが位置決めされた状態に保持される。したがって、接合材が銅回路板３０の外側へはみ出すことが防止され、複数のパワーモジュール用基板１０を効率的に製造することができる。
さらに、ポリエチレングリコールを主成分とする仮止め材７２は、接合工程においては接合温度に達する前に速やかに分解するので、接合面に影響を及ぼすこともない。
【００４０】
また、本実施形態の金属−セラミックス板積層体の製造装置１００においては、供給手段５により、銅回路板３０の仮止め材７２の付着面３１を下向きにした状態で搬送することができ、仮止め材７２を溶融させた後で迅速にセラミックス板２１上に銅回路板３０を載置することができるようになっている。
また、冷却手段３５を備えており、銅回路板３０とセラミックス板２１との積層後に積極的に冷却することができることから、セラミックス板２１上に銅回路板３０を位置合わせした状態を即時に確定させることができる。したがって、パワーモジュール用基板１０の製造工程の効率化を図ることができる。
【００４１】
そして、測温手段３４により、仮止め材７２の溶融状態を確認することができるので、仮止め不良等を生じることなく、セラミックス板２１と銅回路板３０とを接合材層７１を介して正確に接着することができる。
さらに、銅回路板３０を搬送する搬送手段３に測温手段３４を設けることで、１つの測温手段３４によって銅回路板３０の加熱時、銅回路板３０のセラミックス板２１上への積層時、銅回路板３０とセラミックス板２１の積層後の各タイミングにおける仮止め材７２の溶融状態を確認することが可能となる。これにより、仮止め材７２を完全に溶融させた状態でセラミックス板２１積層でき、積層後は銅回路板３０とセラミックス板２１とが仮止めされた状態で金属−セラミックス板積層体１１を取扱うことができるので、セラミックス板２１と銅回路板３０との位置ずれを確実に防止することができる。
【００４２】
前述の実施形態では、銅回路板に仮止め材を塗布しておき、その銅回路板を搬送してセラミックス板に重ね合わせるようにしたが、逆に、セラミックス板の接合材層に仮止め材を塗布しておき、このセラミックス板を搬送して銅回路板に重ね合わせるようにしてもよい。
図１４は、セラミックス板（接合材層は省略）２５に仮止め材７２を塗布して、このセラミックス板２５を銅回路板３０に重ね合わせる工程を示している。この場合、セラミックス板２５は、１個のパワーモジュール用基板のセラミックス基板を形成し得る面積のものが図示されている。
図１４（ａ）に示すように、仮止め材７２を塗布したセラミックス板２５を積層用ピックアップシリンダ３３によって吸着して、加熱手段（図示略）により仮止め材７２を加熱して溶融状態とした後、銅回路版３０が載置された基台２上まで搬送し、この銅回路板３０にセラミックス板２１を重ね合わせる。そして、図１０（ｂ）に示すように、冷却手段３５によって冷却して仮止め材７２を固化することにより、銅回路板３０とセラミックス板２５とを固着する。
この実施形態では、セラミックス板２５が本発明の一方の板で、銅回路板３０が本発明の他方の板となる。
【００４３】
なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、銅回路板とセラミックス板とを接合したパワーモジュール用基板を製造する場合の実施形態を説明したが、銅回路板以外の金属板（例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等）を用いたパワーモジュール用基板において、その金属板とセラミックス板とを接合する場合にも本発明を適用することができる。
また、パワーモジュール用基板に限らず、パワーモジュール以外の用途に用いられるセラミックス板と金属板との接合体を製造する場合に本発明を適用することができ、その場合、これらの積層体（金属−セラミックス板積層体）を加圧と加熱の両方を伴う条件以外の接合条件で接合する場合も含むものとする。
また、上記の実施形態では、ポリエチレングリコールを主成分とする仮止め材を用いたが、これに限定されることなく、例えば、流動パラフィンやワックス等を用いることができる。
さらに、実施形態ではセラミックス板に活性金属ろう材からなる接合材層を形成したが、銅回路板に接合材層を形成してもよい。また、仮止め材をセラミックス板又は銅回路板の表面でなく、接合材層の上に形成してもよい。
また、上記実施形態における接合材層７１の形成を活性金属ろう材の箔を用いて行ってもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  載置台
２  基台
３  搬送手段
４  加熱手段
５  供給手段
６  駆動機構
１０  パワーモジュール用基板
１１  金属−セラミックス板積層体
１５ａ，１５ｂ  プッシャ部
２０  セラミックス基板
２１  セラミックス板（他方の板）
２２  供給ステージ
２３  ガイドピン
２５  セラミックス板（一方の板）
３０  銅回路板（金属板；一方の板）
３１  付着面
３３  積層用ピックアップシリンダ
３４  測温手段
３５  冷却手段
４０  放熱板
４１  ラバーヒータ
５０  ヒートシンク
５１  トレー
５２  供給ステージ
５３  受入れ用ピックアップシリンダ
５４  反転手段
５５  位置決め手段
５６  旋回ステージ
５６ａ  凹部
５７  ロータリーアクチュエータ
５８  支軸
６０  電子部品
６１  はんだ層
７１  接合材層
７２  仮止め材
１１０  加圧治具（接合手段）
１２０  加熱炉（接合手段）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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