(57)【要約】【課題】Ｍｇを含有したアルミニウム合金からなるヒートシンクとパワーモジュール用基板とを、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材を用いて接合した場合であっても、ヒートシンクの表面に微小な突起物が生成することを抑制でき、パワーモジュール用基板とヒートシンクとの接合信頼性を向上させることができるヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法を提供する。【解決手段】パワーモジュール用基板の金属層は、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、ヒートシンクは、０．２質量％以上４質量％以下のＭｇを含有するアルミニウム合金で構成されており、前記ヒートシンクに対して、熱処理を実施するヒートシンク熱処理工程Ｓ０３と、ヒートシンク熱処理工程Ｓ０３を実施した前記ヒートシンクと前記パワーモジュール用基板の前記金属層とをＡｌ−Ｓｉ系ろう材を介して接合する接合工程Ｓ０４と、を備えている。【選択図】図２
2014056934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層の一方の面に回路層及び、前記絶縁基板の他方の面に金属層が配設されたパワーモジュール用基板と、前記パワーモジュール用基板に接合されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法であって、
前記金属層は、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、
前記ヒートシンクは、０．２質量％以上４質量％以下のＭｇを含有するアルミニウム合金で構成されており、
前記ヒートシンクに対して、熱処理を実施するヒートシンク熱処理工程と、
前記ヒートシンク熱処理工程を実施した前記ヒートシンクと前記パワーモジュール用基板の金属層とをＡｌ−Ｓｉ系ろう材を介して接合する接合工程と、
を備えていることを特徴とするヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。
【請求項２】
前記ヒートシンク熱処理工程は、温度が４５０℃以上、かつ、前記ヒートシンクを構成するアルミニウム合金の固相線温度以下、時間が５ｍｉｎ以上１８０ｍｉｎ以下の条件で実施されることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。
【請求項３】
前記ヒートシンク熱処理工程は、圧力１×１０−２Ｐａ以下の真空雰囲気中で実施されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートシンク付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】
この発明は、パワーモジュール用基板とヒートシンクとを備えたヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種の半導体素子のうちでも、電気自動車や電気車両などを制御するために用いられる大電力制御用のパワー素子においては、発熱量が多いことから、これを搭載する基板として、例えばＡｌＮ（窒化アルミ）などからなるセラミックス基板（絶縁層）の一方の面及び他方の面に回路層及び金属層を形成したパワーモジュール用基板が、従来から広く用いられている。
また、金属層側に、半導体素子及びパワーモジュール用基板を冷却するヒートシンクを接合したヒートシンク付パワーモジュール用基板が提供されている。
このようなパワーモジュール用基板及びヒートシンク付パワーモジュール用基板は、その回路層上に、はんだ材を介してパワー素子としての半導体素子（電子部品）が搭載され、パワーモジュールとされる。
【０００３】
上述のヒートシンク付パワーモジュール用基板としては、例えば、特許文献１、２に開示されたものが提案されている。
特許文献１、２に記載されたヒートシンク付パワーモジュール用基板は、ＡｌＮ（窒化アルミ）からなるセラミックス基板の両面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属板（回路層及び金属層）が接合されたパワーモジュール用基板と、アルミニウムからなるヒートシンクとが、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材を用いたろう付けによって接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０９３２２５号公報
【特許文献２】特開２００９−１３５３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、ヒートシンクとしては、例えばＡ６０６３合金、Ａ６０６１合金等のＭｇを含有したアルミニウム合金によって構成されたものが用いられることがある。
Ｍｇを含有したアルミニウム合金からなるヒートシンクとパワーモジュール用基板とを、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材を用いて接合した際には、例えば図５に示すように、ヒートシンクの表面に微小な突起物が形成されることがある。
このような微小な突起物が広範囲及び多量に観察された場合には、外観不良品と判断されてしまい、製品として用いられないおそれがあった。
【０００６】
また、この微小な突起物をＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）によって分析を行った結果、Ｓｉ及びＭｇの含有量が多く、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材に起因するものであると推測される。すなわち、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材が接合界面の外部に滲み出したことによってヒートシンクの表面に微小な突起物が発生していると考えられる。
さらに、ヒートシンクの表面に微小な突起物が発生した場合には、接合界面に存在するろう材が不足することなり、パワーモジュール用基板とヒートシンクとの接合信頼性が低下するおそれがあった。
【０００７】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、Ｍｇを含有したアルミニウム合金からなるヒートシンクとパワーモジュール用基板とを、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材を用いて接合した場合であっても、ヒートシンク表面に微小な突起物が生成することを抑制でき、パワーモジュール用基板とヒートシンクとの接合信頼性を向上させることができるヒートシンク付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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここで、Ｍｇは、Ｓｉと同様にアルミニウムの融点を降下させる作用効果を有する元素である。また、ヒートシンクにろう材を用いてパワーモジュール用基板の金属層を接合する際、Ｍｇがヒートシンクの表面に濃縮する傾向があることが判った。このヒートシンク表面のＭｇの影響によって、接合界面に介在するＡｌ−Ｓｉ系ろう材の流動性が高まり、接合界面の外部にろう材が滲み出しやすくなり、Ｍｇ及びＡｌ−Ｓｉろう材によりヒートシンク表面に微小な突起物が生成したと推測される。
本発明者らが、鋭意研究した結果、パワーモジュール用基板の金属層とＭｇを含有するアルミニウム合金からなるヒートシンクとをろう付けする前に、このヒートシンクに対して熱処理を実施することにより、ＭｇのＡｌ−Ｓｉ系ろう材への影響を抑制できるとの知見を得た。
【０００９】
本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法は、絶縁層の一方の面に回路層及び、前記絶縁基板の他方の面に金属層が配設されたパワーモジュール用基板と、前記パワーモジュール用基板に接合されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法であって、前記金属層は、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、前記ヒートシンクは、０．２質量％以上４質量％以下のＭｇを含有するアルミニウム合金で構成されており、前記ヒートシンクに対して、熱処理を実施するヒートシンク熱処理工程と、前記ヒートシンク熱処理工程を実施した前記ヒートシンクと前記パワーモジュール用基板の金属層とをＡｌ−Ｓｉ系ろう材を介して接合する接合工程と、を備えていることを特徴としている。
【００１０】
この構成のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法においては、０．２質量％以上４質量％以下のＭｇを含有するアルミニウム合金で構成されたヒートシンクに対して、熱処理を実施するヒートシンク熱処理工程を備えているので、接合工程を実施する時点において、ヒートシンク内部におけるＭｇの分散状態が変化することになる。
これにより、ＭｇのＡｌ−Ｓｉ系ろう材への影響を抑制でき、ろう材が接合界面から滲み出すことを抑制することが可能となる。したがって、ヒートシンクとパワーモジュール用基板との接合に寄与するろう材を確保することができ、ヒートシンクとパワーモジュール用基板との接合信頼性を向上させることができる。また、ヒートシンク表面に微小な突起物が生成することを抑えることができ、外観不良の発生を抑制することができる。
なお、ヒートシンクが複数の部材で構成されている場合には、前記パワーモジュール用基板に接合される部材が０．２質量％以上４質量％以下のＭｇを含有するアルミニウム合金で構成されていればよく、少なくとも当該部材を上述のように熱処理すればよい。
【００１１】
ここで、前記ヒートシンク熱処理工程は、温度が４５０℃以上、かつ、前記ヒートシンクを構成するアルミニウム合金の固相線温度以下、時間が５ｍｉｎ以上１８０ｍｉｎ以下の条件で実施されることが好ましい。
この場合、ヒートシンクにおけるＭｇの分散状態を確実に変化させることができ、ろう材への影響を抑制することができる。また、ヒートシンクの一部が溶融してしまうことを確実に抑制することができる。
【００１２】
また、前記ヒートシンク熱処理工程は、圧力１×１０−２Ｐａ以下の真空雰囲気中で実施されることが好ましい。
この場合、ヒートシンク熱処理工程において、ヒートシンクの表面に厚い酸化被膜が形成されることを抑制できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、Ｍｇを含有したアルミニウム合金からなるヒートシンクとパワーモジュール用基板とを、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材を用いて接合した場合であっても、ヒートシンクの表面に微小な突起物が生成することを抑制でき、パワーモジュール用基板とヒートシンクとの接合信頼性を向上させることができるヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法によって製造されるヒートシンク付パワーモジュール用基板の概略説明図である。
【図２】本発明の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法を示すフロー図である。
【図３】本発明例のヒートシンク付パワーモジュール用基板の上面写真である。
【図４】図３に示すヒートシンク付パワーモジュール用基板のヒートシンク表面の分析結果を示す図である。
【図５】従来例のヒートシンク付パワーモジュール用基板の上面写真である。
【図６】図５に示すヒートシンク付パワーモジュール用基板のヒートシンク表面の分析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法について、添付した図面を参照して説明する。
図１に、本発明の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法によって製造されたヒートシンク付パワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールを示す。
このパワーモジュール１は、ヒートシンク付パワーモジュール用基板４０と、このヒートシンク付パワーモジュール用基板４０の一方側（図１において上側）の面にはんだ層２を介して接合された半導体素子（電子部品）３と、を備えている。
ここで、はんだ層２は、例えばＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、若しくはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ材とされている。
【００１６】
ヒートシンク付パワーモジュール用基板４０は、パワーモジュール用基板１０と、パワーモジュール用基板１０を冷却するヒートシンク４１と、を備えている。
パワーモジュール用基板１０は、絶縁基板１１と、この絶縁基板１１の一方の面（図１において上面）に配設された回路層１２と、絶縁基板１１の他方の面（図１において下面）に配設された金属層１３とを備えている。
【００１７】
絶縁基板１１は、回路層１２と金属層１３との間の電気的接続を防止するものであって、例えばＡｌＮ（窒化アルミ）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等の絶縁性の高いセラミックスで構成され、本実施形態では、ＡｌＮ（窒化アルミ）で構成されている。また、絶縁基板１１の厚さは、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では０．６３５ｍｍに設定されている。
【００１８】
回路層１２は、絶縁基板１１の一方の面に銅又は銅合金からなる銅板が接合されることにより形成されている。本実施形態においては、回路層１２を構成する銅板として、無酸素銅の圧延板が用いられている。この回路層１２には、回路パターンが形成されており、その一方の面（図１において上面）が、半導体素子３が搭載される搭載面とされている。
【００１９】
金属層１３は、絶縁基板１１の他方の面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム板が接合されることにより形成されている。本実施形態においては、金属層１３を構成するアルミニウム板として、純度が９９．９９％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板が用いられている。
【００２０】
本実施形態におけるヒートシンク４１は、パワーモジュール用基板１０と接合される放熱板４２と、この放熱板４２に積層配置される冷却部材４３と、を備えている。冷却部材４３の内部には、冷却媒体が流通する流路４４が形成されている。
ここで、放熱板４２と冷却部材４３とは、固定ネジ４５によって連結される構造とされている。このため、放熱板４２には、固定ネジ４５をねじ込んでも容易に変形しないように剛性を確保する必要がある。そこで、本実施形態では、放熱板４２を、耐力が１００Ｎ／ｍｍ２以上の金属材料で構成し、その厚さを２ｍｍ以上としている。
【００２１】
具体的には、パワーモジュール用基板１０と接合される放熱板４２は、０．２質量％以上４質量％以下のＭｇを含有するアルミニウム合金で構成されており、本実施形態では、放熱板４２は、Ａ６０６３合金（Ａｌ−０．７質量％Ｍｇ−０．４質量％Ｓｉ）で構成されている。
【００２２】
次に、このヒートシンク付パワーモジュール用基板４０の製造方法について、図２のフロー図を参照して説明する。
まず、回路層１２となる銅板と、絶縁基板１１とを接合し、回路層１２を形成する（回路層形成工程Ｓ０１）。絶縁基板１１の一方の面に、活性ろう材を介して銅板を積層し、いわゆる活性金属ろう付け法によって、銅板と絶縁基板１１とを接合する。本実施形態では、Ａｇ−２７．４質量％Ｃｕ−２．０質量％Ｔｉからなる活性ろう材を用いて、１０−３Ｐａの真空中にて、積層方向に９．８×１０４Ｐａ（１ｋｇｆ／ｃｍ２）以上３４３×１０４Ｐａ（３５ｋｇｆ／ｃｍ２）以下の範囲で加圧し、８５０℃で１０分加熱することによって、絶縁基板１１と銅板とを接合している。
【００２３】
次に、絶縁基板１１の他方の面側に金属層１３となるアルミニウム板を接合し、金属層１３を形成する（金属層形成工程Ｓ０２）。
絶縁基板１１の他方の面側に、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材箔（本実施形態では、Ａｌ−７質量％Ｓｉ）を介してアルミニウム板を積層し、１０−３Ｐａの真空中にて、積層方向に９．８×１０４Ｐａ（１ｋｇｆ／ｃｍ２）以上３４３×１０４Ｐａ（３５ｋｇｆ／ｃｍ２）以下の範囲で加圧し、６５０℃で９０分加熱することによって、アルミニウム板と絶縁基板１１とを接合する。これにより、パワーモジュール用基板１０が製出される。
【００２４】
そして、パワーモジュール用基板１０と放熱板４２を接合する前に、放熱板４２に対して熱処理を実施する（ヒートシンク熱処理工程Ｓ０３）。
このヒートシンク熱処理工程Ｓ０３においては、放熱板４２を、圧力１×１０−２Ｐａ以下の真空雰囲気中、温度：４５０℃以上６２０℃（Ａ６０６３合金の固相線温度）以下、時間：５ｍｉｎ以上１８０ｍｉｎ以下の条件で、熱処理を行う。
【００２５】
次に、ヒートシンク熱処理工程Ｓ０３を実施した放熱板４２と、パワーモジュール用基板１０と、を接合する（ヒートシンク接合工程Ｓ０４）。
まず、パワーモジュール用基板１０の金属層１３と放熱板４２との間にＡｌ−Ｓｉ系ろう材を介在させて、パワーモジュール用基板１０と放熱板４２とを積層する（積層工程Ｓ４１）。ここで、本実施形態では、Ｓｉの含有量が５．５質量％以上１１．０質量％以下、厚さが５μｍ以上１００μｍ以下のろう材箔を用いた。
【００２６】
パワーモジュール用基板１０と放熱板４２とを積層方向に加圧（圧力１〜５ｋｇｆ／ｃｍ２）した状態で、非酸化雰囲気とした雰囲気炉内に装入して加熱する（加熱工程Ｓ４２）。ここで、本実施形態では、圧力１×１０−２Ｐａ以下の真空雰囲気とした。また、加熱温度は５９０℃以上６３０℃以下とした。すると、金属層１３と放熱板４２との接合界面には、ろう材箔、金属層１３の一部及び放熱板４２の一部が溶融することによって、溶融金属領域が形成されることになる。
そして、雰囲気炉の炉内温度を下げることによって、金属層１３と放熱板４２との接合界面に形成された溶融金属領域を凝固させて、金属層１３と放熱板４２とを接合する（溶融金属凝固工程Ｓ４３）。
このようにして、本実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板４０が製出される。
【００２７】
なお、本実施形態においては、ヒートシンク熱処理工程Ｓ０３における温度及び保持条件と、ヒートシンク接合工程Ｓ０４の加熱工程Ｓ４２における温度及び保持条件と、を一致させることによって、一のヒートシンク付パワーモジュール用基板４０においてヒートシンク４１（放熱板４２）とパワーモジュール用基板１０とをろう付けする際に用いる雰囲気炉内に、他のヒートシンク付パワーモジュール用基板４０において用いるヒートシンク４１（放熱板４２）を装入して熱処理している。
すなわち、一のヒートシンク付パワーモジュール用基板４０におけるヒートシンク接合工程Ｓ０４の加熱工程Ｓ４２と、他のヒートシンク付パワーモジュール用基板４０におけるヒートシンク熱処理工程Ｓ０３とを同時に実施しているのである。
【００２８】
上述のような構成とされた本実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法によれば、ヒートシンク４１のうちパワーモジュール用基板１０に接合される放熱板４２が０．２質量％以上４質量％以下のＭｇを含有するアルミニウム合金で構成されており、ヒートシンク接合工程Ｓ０４の前に、上述の放熱板４２に対して熱処理を実施するヒートシンク熱処理工程Ｓ０３を備えているので、ヒートシンク接合工程Ｓ０４においてＡｌ−Ｓｉ系ろう材を用いてヒートシンク４１（放熱板４２）とパワーモジュール用基板１０とを接合する際には、ヒートシンク４１（放熱板４２）におけるＭｇの分散状態を変化させることができる。
【００２９】
これにより、ヒートシンク接合工程Ｓ０４において、放熱板４２のＭｇのＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔への影響を抑制することができ、ろう材が接合界面から滲み出すことを抑制することが可能となる。
したがって、ヒートシンク４１（放熱板４２）とパワーモジュール用基板１０との接合に寄与するろう材を確保することができ、ヒートシンク４１（放熱板４２）とパワーモジュール用基板１０との接合信頼性を向上させることができる。また、ヒートシンク４１表面に微小な突起物が生成することを抑えることができ、外観不良の発生を抑制することができる。
【００３０】
また、本実施形態においては、ヒートシンク熱処理工程Ｓ０３を、圧力１×１０−２    Ｐａ以下の真空雰囲気中で実施する構成としているので、ヒートシンク熱処理工程Ｓ０４において、ヒートシンク４１（放熱板４２）の表面に厚い酸化被膜が形成されることを抑制でき、表面処理等を行うことなく、ヒートシンク４１（放熱板４２）とパワーモジュール用基板１０との接合を実施することが可能となる。
さらに、本実施形態においては、ヒートシンク熱処理工程Ｓ０３の条件を、温度：４５０℃以上６２０℃以下、時間：５ｍｉｎ以上１８０ｍｉｎ以下、に設定しているので、ヒートシンク４１（放熱板４２）におけるＭｇの分散状態を確実に変化させることができるとともに、ヒートシンク４１（放熱板４２）の一部が溶融することを防止することができる。
【００３１】
また、本実施形態においては、ヒートシンク熱処理工程Ｓ０３における温度及び保持条件と、ヒートシンク接合工程Ｓ０４における加熱工程Ｓ４２の温度及び保持条件と、を一致させることによって、一のヒートシンク付パワーモジュール用基板４０においてヒートシンク４１（放熱板４２）とパワーモジュール用基板１０とをろう付けする際に用いる雰囲気炉内に、他のヒートシンク付パワーモジュール用基板４０において用いるヒートシンク４１（放熱板４２）を装入して熱処理しているので、ヒートシンク４１（放熱板４２）の熱処理のために新たな設備を設ける必要がなく、ヒートシンク付パワーモジュール用基板４０を効率よく製造することが可能となる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、回路層を銅又は銅合金で構成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成したものであってもよい。
【００３３】
また、本実施形態では、ヒートシンク（放熱板）を、Ａ６０６３合金で構成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ａ３００４合金、Ａ５０００系合金、Ａ６０００系合金等の０．２質量％以上４質量％以下のＭｇを含有するアルミニウム合金であればよい。
【００３４】
さらに、本発明の実施形態においては、ヒートシンクとして、放熱板と冷却部材とを備えたもので説明したが、これに限定されることはなく、例えば、冷却部材を直接パワーモジュール用基板に接合するものとしてもよい。さらに、ヒートシンクとしてフィンが形成された液冷、空冷放熱器、ヒートパイプなどを用いてもよい。
【００３５】
また、銅又は銅合金からなる回路層と絶縁基板とを、活性金属ろう付け法によって接合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、ＤＢＣ法等の他の方法で接合したものであってもよい。
さらに、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属層と絶縁基板とを、ろう付け法によって接合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、拡散接合等の他の方法で接合したものであってもよい。
【００３６】
また、本実施形態では、金属層を構成するアルミニウム板を純度９９．９９％の純アルミニウムの圧延板として説明したが、これに限定されることはなく、純度９９％のアルミニウム（２Ｎアルミニウム）であってもよい。
さらに、絶縁層としてＡｌＮからなるセラミックス板を用いたものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４等からなるセラミックス板を用いても良い。
【実施例】
【００３７】
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．６３５ｍｍのＡＩＮからなる絶縁基板と、この絶縁基板の一方の面に２８ｍｍ×２８ｍｍ×０．６ｍｍの４Ｎアルミニウムの圧延板を接合して形成された回路層と、絶縁基板の他方の面に２８ｍｍ×２８ｍｍ×１．６ｍｍの４Ｎアルミニウムの圧延板を接合して形成された金属層と、を有するパワーモジュール用基板を準備した。なお、回路層となるアルミニウム板と絶縁基板、及び、絶縁基板と金属層となるアルミニウム板との接合は、次の条件で実施した。回路層となるアルミニウム板と絶縁基板をＡｌ−７質量％Ｓｉのろう材箔を介して積層し、前記絶縁基板と金属層となるアルミニウム板を前記ろう材箔を介して積層し、積層方向に３ｋｇｆ／ｃｍ２で加圧した状態で、圧力１×１０−２Ｐａ以下の真空雰囲気で、６５０℃、４０ｍｉｎの条件で加熱することによって、セラミックス基板の両面に純アルミニウム圧延板が接合されたパワーモジュール用基板を製出した。
【００３８】
ヒートシンクとして、Ａ６０６３合金からなる５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍのアルミニウム合金板を準備した。
本発明例では、ヒートシンクを、圧力１×１０−２Ｐａ以下の真空雰囲気で、６００℃、３０ｍｉｎの条件で、熱処理を実施した。
【００３９】
そして、このパワーモジュール用基板とヒートシンク（放熱板）とを、次の条件で接合した。パワーモジュール用基板とヒートシンクとを、Ａｌ−１０質量％Ｓｉのろう材箔を介して積層し、積層方向に５ｋｇｆ／ｃｍ２で加圧した状態で、真空加熱炉内に装入し、６００℃で３０分加熱することによって、接合した。
【００４０】
得られたヒートシンク付パワーモジュール用基板について、ヒートシンク表面の観察、表面粗さの測定を行った。
ヒートシンク表面の観察は、光学顕微鏡観察、走査型電子顕微鏡観察、ＥＤＸ分析、を実施した。
表面粗さの測定は、株式会社ミツトヨ製小形表面粗さ測定機サーフテストＳＪ−２１０を用いて実施した。
【００４１】
また、パワーモジュール用基板とヒートシンクとの接合率を評価した。具体的には、接合工程後において、パワーモジュール用基板の金属層とヒートシンクとの界面の接合率について超音波探傷装置を用いて評価し、以下の式から算出した。ここで、初期接合面積とは、接合前における接合すべき面積、すなわち金属層面積とした。超音波探傷像において非接合部は接合部内の白色部で示されることから、この白色部の面積を非接合部面積とした。
（接合率）＝｛（初期接合面積）−（非接合部面積）｝／（初期接合面積）×１００
【００４２】
本発明例の観察結果を図３及び図４に示す。従来例の観察結果を図５及び図６に示す。なお、図４及び図６において、（ａ）はＳＥＭ像、（ｂ）は視野内の分析結果である。
また、表面粗さ及び接合率の評価結果を表１に示す。なお、接合率の評価は、本発明例及び従来例として、それぞれ５個ずつの試験片の平均値とした。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
ヒートシンクの熱処理を実施しなかった従来例においては、図５に示すように、ヒートシンクの表面全体に微小な突起物の生成が認められた。なお、ヒートシンクの表面粗さを測定した結果、算術平均高さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１  ２００１）が１７．５μｍ、最大高さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１  ２００１）が７１．２μｍであった。
この突起物のＡｌ、Ｍｇ、Ｓｉの濃度をＥＤＸ分析により求めた結果、図６に示すように、ＳｉとＭｇを多く含有しており、ろう材が接合界面から滲みだしてヒートシンクの表面に微小な突起物が発生したと推測される。このため、接合に寄与するろう材が充分に確保されず、接合率も８９．３％と低くなったと推測される。
【００４５】
一方、ヒートシンクの熱処理を実施した本発明例においては、図３に示すように、ヒートシンクの表面全体には微小な突起物が認められなかった。ヒートシンクのうちパワーモジュール用基板の周縁部を観察した結果、微小な突起物も認められなかった。なお、ヒートシンクの表面粗さを測定した結果、算術平均高さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１  ２００１）が０．８９ｍ、最大高さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１  ２００１）が５．７３μｍであった。
ヒートシンクのうちパワーモジュール用基板の周縁部のＡｌ、Ｍｇ、Ｓｉの濃度をＥＤＸ分析により求めた結果、図４に示すように、ＳｉとＭｇは多く検出されておらず、ろう材が接合界面から滲み出していないことが確認された。このため、接合に寄与するろう材が充分に確保されており、接合率も９７．０％と高くなった。
【００４６】
以上のことから、本発明例によれば、ヒートシンクの表面に微小な突起物が生成することを抑制でき、パワーモジュール用基板とヒートシンクとを確実に接合することができるヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法を提供することが可能であることが確認された。
【符号の説明】
【００４７】
１  パワーモジュール
１０  パワーモジュール用基板
１１  絶縁基板
１２  回路層
１３  金属層
４０  ヒートシンク付パワーモジュール用基板
４１  ヒートシンク
４２  放熱板
【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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