【事件の表示】
　特許第５７８６５６９号発明「パワーモジュール用基板の製造方法」の特許異議申立事件について、次のとおり決定する。
【結　論】
　特許第５７８６５６９号の明細書及び特許請求の範囲を訂正請求書に添付された訂正明細書及び特許請求の範囲のとおり、訂正後の請求項〔１、２〕について訂正することを認める。
　特許第５７８６５６９号の請求項１に係る特許を維持する。
　特許第５７８６５６９号の請求項２に係る特許異議の申立てを却下する。
【理　由】
１．手続の経緯
　特許第５７８６５６９号の請求項１及び２に係る特許についての出願は、平成２３年９月５日に特許出願され、平成２７年８月７日にその特許権の設定登録がされ、その後、その特許について、特許異議申立人により特許異議の申立てがされ、平成２８年５月２４日付けで取消理由が通知され、その指定期間内である平成２８年７月１５日に意見書の提出及び訂正の請求があり、その訂正の請求に対して特許異議申立人から平成２８年８月２６日付けで意見書が提出されたものである。
２．訂正の適否についての判断
（１）訂正の内容
　本件訂正請求による訂正の内容は以下のアないしエのとおりである。
　ア　請求項１に係る「積層された」、「両面に配置し」、「これらを加熱して」、「厚さ方向に加圧」及び「冷却する」を、それぞれ「積層されるとともに、厚みの厚い金属層に対する薄い金属層の厚さの比率を０．２以上０．９以下で構成された」、「両面にろう材を介して積層し」、「これらをろう付け温度に加熱して」、「厚さ方向に９．８×１０４Ｐａ以上３４３×１０４Ｐａ以下で加圧」及び「−５℃以下−７０℃以上の範囲内に冷却する」に訂正する。
　イ　請求項２を削除する。
　ウ　明細書の段落【０００８】の「積層された」、「両面に配置し」、「これらを加熱して」、「厚さ方向に加圧」及び「冷却する」という記載を、それぞれ「積層されるとともに、厚みの厚い金属層に対する薄い金属層の厚さの比率を０．２以上０．９以下で構成された」、「両面にろう材を介して積層し」、「これらをろう付け温度に加熱して」、「厚さ方向に９．８×１０４Ｐａ以上３４３×１０４Ｐａ以下で加圧」及び「−５℃以下−７０℃以上の範囲内に冷却する」に訂正する。
　エ　明細書の段落【００１０】の「本発明のパワーモジュール用基板の製造方法において、前記セラミックス基板の両面に積層される厚みの厚い金属層に対する薄い金属層の厚さの比率を０．２以上０．９以下で構成し、厚さ方向に９．８×１０４Ｐａ以上３４３×１０４Ｐａ以下で加圧した状態で−５℃以下−７０℃以上の範囲内に冷却するとよい。
　このように、」との記載を削除する。
（２）訂正の目的の適否、一群の請求項、新規事項の有無、及び特許請求の範囲の拡張・変更の存否
　上記アの訂正に関連して、出願当初の明細書の段落【００１０】に「「本発明のパワーモジュール用基板の製造方法において、前記セラミックス基板の両面に積層される厚みの厚い金属層に対する薄い金属層の厚さの比率を０．２以上０．９以下で構成し、厚さ方向に９．８×１０４Ｐａ以上３４３×１０４Ｐａ以下で加圧した状態で−５℃以下−７０℃以上の範囲内に冷却するとよい。」と記載され、 段落【００２０】に「まず、セラミックス基板２の一方の面に回路層となる金属層６をろう材箔を介して積層し、セラミックス基板２の他方の面に放熱層となる金属層７もろう材箔を介して積層する。そして、この積層体Ｓを図２に示す加圧装置１１０に設置する。」と記載され、段落【００２１】に「図１に示すパワーモジュール用基板３のように、回路層及び放熱層となる金属層６，７の厚さを異ならせた場合、ろう付け時の加熱による熱伸縮の差が大きいので、接合後の冷却過程で発生する残留応力のために、常温まで戻して加圧状態を解放すると薄肉の金属層６側を凸とする反りが生じる。冷却過程において、常温以下の低温までさらに冷却を進めると、熱収縮による変形（反り量）は、さらに増加することとなる。」と記載されている。
　これらの記載から、上記アの訂正は、明細書に記載された事項の範囲内において「積層された」、「両面に配置し」、「これらを加熱して」、「厚さ方向に加圧」及び「冷却する」という事項を限定したものといえるから、特許請求の範囲の減縮を目的とするものであって、新規事項の追加に該当せず、また、実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものではない。
　上記イの訂正は、請求項２を削除するものであって、特許請求の範囲の減縮を目的とするものであって、新規事項の追加に該当せず、また、実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものではない。
　また、上記ウ及びエの訂正は、上記ア及びイの訂正後の特許請求の範囲の記載に明細書の記載を整合させるものであり、明瞭でない記載の釈明を目的とする訂正であって、新規事項の追加に該当せず、実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものでもない。
　そして、これら訂正は一群の請求項に対して請求されたものである。
（３）小括
　以上のとおりであるから、本件訂正請求による訂正は特許法第１２０条の５第２項第１号及び第３号に掲げる事項を目的とするものであり、かつ、同条第４項、及び、同条第９項において準用する同法第１２６条第４項から第６項までの規定に適合するので、訂正後の請求項〔１、２〕について訂正を認める。
３．特許異議の申立てについて
（１）本件発明
　本件訂正請求により訂正された請求項１に係る発明（以下「本件発明」という。）は、その特許請求の範囲の請求項１に記載された次の事項により特定されるとおりのものである。
［本件発明］
「セラミックス基板の両面に異なる厚さの金属層が積層されるとともに、厚みの厚い金属層に対する薄い金属層の厚さの比率を０．２以上０．９以下で構成されたパワーモジュール用基板の製造方法であって、両金属層を前記セラミックス基板の両面にろう材を介して積層し、これらをろう付け温度に加熱して接合した後に、その接合体を平行な板の間で厚さ方向に９．８×１０４Ｐａ以上３４３×１０４Ｐａ以下で加圧した状態で−５℃以下−７０℃以上の範囲内に冷却することにより前記金属層に塑性変形を生じさせ、その後、常温まで戻してから加圧を解くことを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。」
（２）取消理由の概要
　訂正前の請求項１及び２に係る特許に対して平成２８年５月２４日付けで特許権者に通知した取消理由の要旨は、次のとおりである。
　ア　請求項１に係る発明は、甲第３号証刊行物に記載された発明に基づき、容易に発明をすることができたものであるから、特許法第２９条第２項の規定により特許を受けることができないものであり、請求項１に係る特許は、取り消されるべきものである。
　イ　請求項２に係る発明は、甲第３号証刊行物に記載された発明及び甲第１号証刊行物に記載された発明に基づき、容易に発明をすることができたものであるから、特許法第２９条第２項の規定により特許を受けることができないものであり、請求項２に係る特許は、取り消されるべきものである。
（３）甲各号証刊行物の記載
　ア　甲第３号証刊行物（特開２００６−１２８２８６号公報）には、次の事項が記載されている。
　（ア）「【０００２】
　近年、パワートランジスタモジュール用基板やスイッチング電源モジュール用基板等の放熱基板として、セラミック基板上に銅板、アルミニウム板、各種クラッド板等の金属板を接合して回路を構成した放熱基板が広く用いられている。また、このセラミック基板としては、特許文献１〜３で示されているように安価で汎用性が高いアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板、または電気絶縁性を有すると共に熱伝導性に優れた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板や窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）基板等が一般的に使用されている。」
　（イ）「【００２４】
　さらにまた、本発明の金属セラミック複合体の接合方法は、セラミック基板上に、モリブデン（Ｍｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）の少なくともいずれか１種を主成分とする第１の中間層を形成し、第１の中間層上にニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）の少なくともいずれか１種を主成分とする第２の中間層を形成した後、銅を主成分とする結合層を形成し、銅または銅合金を主成分とする金属基板を前記結合層に水素雰囲気中で加熱圧着し、圧着した状態で常温より低い温度まで冷却した後、常温に上げて抜圧するものである。」
　（ウ）「【００９０】
（実施例１）
　長さ３０ｍｍ、幅１０ｍｍのセラミック基板の両面に、それぞれ第１の中間層、第２の中間層、銅からなる結合層を順次形成した。第１の中間層、第２の中間層の各材質、その他特性及び結合層の特性は、表１に示す通りとした。
【００９１】
　次に、上記セラミック基板の裏側に銅を主成分とする金属基板を、またセラミック基板の表側に銅を主成分とする所定パターンの回路を形成した基板（以下、回路基板と称す。）を水素雰囲気中、３９０℃で加熱圧着し、圧着した状態で−５０℃まで冷却した後、常温に上げて抜圧することにより接合し、放熱基板を得た。なお、金属基板の厚み（Ｔ１）、回路基板の厚み（Ｔ２）はそれぞれ１．５ｍｍ、０．９８ｍｍとし、金属基板の平均結晶粒径、平均サブ粒界密度、０．２％耐力、ビッカース硬度ＨＶｓ、回路基板の厚み（Ｔ２）、加熱温度、冷却温度は表１の通りとした。」
　（エ）明細書の段落【００９６】の【表１】の実施例１の試料Ｎｏ．４の第１中間層及び第２中間層は空欄であるから、試料Ｎｏ．４には第１中間層及び第２中間層が無いと認められる。
　（オ）【図１】からは、回路基板３、結合層７ａ、セラミック基板２、結合層７ｂ、銅板４を、順次上から積層したパワートランジスタモジュール用基板の構造が見て取れる。
　上記記載事項、認定事項及び図示内容を総合し、本件発明に則って整理すると、甲第３号証には、実施例１の試料Ｎｏ．４に係るパワートランジスタモジュール用基板の製造方法に関して、次の発明（以下「引用発明」という。）が記載されている。
［引用発明］
「セラミック基板の両面に厚み１．５ｍｍと厚み０．９８ｍｍの金属基板が積層されるとともに、厚み１．５ｍｍの金属基板に対する厚み０．９８ｍｍの金属基板の厚さの比が０．６５で構成されたパワートランジスタモジュール用基板の製造方法であって、両金属基板を前記セラミック基板の両面に銅からなる結合層を介して積層し、これらを３９０℃に加熱圧着した後に、その圧着した状態のものを厚さ方向に加圧した状態で−５０℃に冷却することにより前記金属基板に塑性変形を生じさせ、その後、常温に上げて抜圧するパワートランジスタモジュール用基板の製造方法」
　イ　甲第１号証刊行物（特開２００５−２５２１５９号公報）には、次の事項が記載されている。
　（ア）「【０００２】
　近時、産業機器や乗用車（ハイブリッド車、燃料電池車）のインバータ等に用いられるパワーモジュールの構成部材であるヒートスプレッダモジュールは、ＩＣチップから発生する熱を効率よくヒートシンク（放熱体）に放散するための高熱伝導特性と、電気回路間の短絡を防止するための高い絶縁特性が要求される。これらの特性を満足するために、ヒートスプレッダモジュールは、銅、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属材料あるいはＳｉＣと銅、カーボンと銅等の高い熱伝導率と適正な熱膨張係数を兼ね備えた複合材と、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）やＳｉ3Ｎ4（窒化珪素）等の熱伝導率と絶縁性を兼ね備えたセラミックスが積層されて構成されている。」
　（イ）「【００４５】
　まず、第１の製造方法は、図４のステップＳ１及び図５Ａに示すように、台座１２上に、板状の接合材（硬ろう材等）４７、ヒートスプレッダ材１４、板状の接合材（硬ろう材等）１６、応力緩和板２０、板状の接合材（硬ろう材等）４８、絶縁基板２２、板状の接合材（硬ろう材等）５０及び回路基板２４の順に載置（セッティング）する。このセッティング工程は、例えば大気中で行われる。
【００４６】
　その後、図４のステップＳ２及び図５Ｂに示すように、セッティングされた台座１２、ヒートスプレッダ材１４、応力緩和板２０、絶縁基板２２及び回路基板２４の積層体に対して治具５２を使って上下から荷重をかけ、その状態で８００℃程度まで昇温してこれらの部材を接合する。この接合処理によって、反り形状制御前のヒートスプレッダモジュール１０Ａが作製される。」
　（ウ）「【００４９】
　ヒートスプレッダモジュール１０Ａを冷却用容器６０の第１の収容空間６８に収容した後、図４のステップＳ５及び図６Ａに示すように、液体窒素７２を冷却用容器６０の第２の収容空間７０に入れる。このとき、ヒートスプレッダモジュール１０Ａには、液体窒素７２は直接接触していないが、冷却用容器６０の底部６４を通じて熱が奪われることになる。すなわち、第１の収容空間６８に収容されているヒートスプレッダモジュール１０Ａは、液体窒素７２によって間接的に冷却されることとなる。これによって、ヒートスプレッダモジュール１０Ａは、急激に冷やされるのではなく、ある程度の温度勾配をもって冷やされる。このとき、−８０℃程度まで冷却された段階で飽和状態となる。
【００５０】
　その後、図４のステップＳ６及び図６Ｂに示すように、液体窒素７２を冷却用容器６０の第１の収容空間６８に入れる。これによって、ヒートスプレッダモジュール１０Ａは液体窒素７２に直接接触することになり、該液体窒素７２によって直接的に冷却される。この直接的冷却によって、ヒートスプレッダモジュール１０Ａは急激に−２００℃程度まで冷却される。」
（エ）「【００８０】
　また、実施例２（サンプルＳＰ４）の突出量は実施例１（サンプルＳＰ３）の突出量よりも小さくなっている。確かに、実施例１（サンプルＳＰ３）では、接合荷重とサブゼロ荷重が共に同じ（４．１ＭＰａ）であるが、実施例２（サンプルＳＰ４）では、サブゼロ荷重を接合荷重よりも低く設定（２．６ＭＰａ）している。このことから、突出量がサブゼロ荷重によって依存しているものと考えられる。」
　ウ　甲第２号証刊行物（特開２００６−２２８９６９号公報）には、次の事項が記載されている。
　（ア）「【００４５】
　本発明に係るセラミックス回路基板１０は、図１に示すように、絶縁層として機能するセラミックス基板１１と、セラミックス基板１１の一方の面にろう材を介して接合された回路パターン形成用金属板１２と、セラミックス基板１１の他方の面にろう材を介して接合された放熱用金属板１３とを有している。」
（４）判断
　ア　取消理由通知に記載した取消理由について
　（ア）対比
　本件発明と引用発明とを対比すると、引用発明の「セラミック基板」は、本件発明の「セラミックス基板」に相当し、以下同様に、「厚み１．５ｍｍと厚み０．９８ｍｍの金属基板」は「異なる厚さの金属層」に、「厚み１．５ｍｍの金属基板」は「厚みの厚い金属層」に、「厚み０．９８ｍｍの金属基板」は「厚みの薄い金属層」に、「０．６５」は「０．２以上０．９以下」に、「パワートランジスタモジュール用基板」は「パワーモジュール用基板」に、「両金属基板」は「両金属層」に、「加熱圧着」は「加熱して接合」に、「−５０℃」は「−５℃以下−７０℃以上の範囲内」に、「常温に上げて抜圧する」ことは「常温まで戻してから加圧を解く」ことに、それぞれ相当する。
　したがって、本件発明と引用発明には、以下の一致点及び相違点がある。
［一致点］
「セラミックス基板の両面に異なる厚さの金属層が積層されるとともに、厚みの厚い金属層に対する薄い金属層の厚さの比率を０．２以上０．９以下で構成されたパワーモジュール用基板の製造方法であって、両金属層を前記セラミックス基板の両面に積層し、これらを加熱して接合した後に、厚さ方向に加圧した状態で−５℃以下−７０℃以上の範囲内に冷却することにより前記金属層に塑性変形を生じさせ、その後、常温まで戻してから加圧を解くパワーモジュール用基板の製造方法。」
［相違点］
　両金属層をセラミックス基板の両面に積層するにあたって、本件発明は
「ろう材を介して積層し、これらをろう付け温度に加熱して接合した後に、その接合体を平行な板の間で厚さ方向に９．８×１０４Ｐａ以上３４３×１０４Ｐａ以下で加圧した状態で−５℃以下−７０℃以上の範囲内に冷却する」のに対し、引用発明は
「銅からなる結合層を介して積層し、これらを３９０℃に加熱圧着した後に、その圧着した状態のものを厚さ方向に加圧した状態で−５０℃に冷却する」点。
　（イ）検討
　次に、相違点について検討する。
　前記相違点に係る本件発明の構成のうち、「ろう付け温度に加熱して接合した後に」、「−５℃以下−７０℃以上の範囲内に冷却する」という一連の温度操作に関することは、甲第１号証刊行物に記載されていない。また、この一連の温度操作が、ろう材を介して積層した基板に対し、本件の特許出願前から慣用されていたものとも認められない。
　そして、本件発明は、この一連の温度操作に加え、「接合体を平行な板の間で厚さ方向に９．８×１０４Ｐａ以上３４３×１０４Ｐａ以下で加圧した」ことによって、ろう材を介して積層した基板の構造でありながら、「冷却過程において生じる反りの発生を防止して、パワーモジュール用基板の接合信頼性を向上させることができる。」（段落【００１０】）という顕著な効果を奏するものである。
　そうであれば、本件発明は、引用発明及び甲第１号証刊行物に記載された事項から当業者が容易に発明をすることができたものではない。
　イ　特許異議申立人の意見について
　特許異議申立人は、平成２８年８月２６日付け意見書において、甲第３号証刊行物の段落【０００４】の「ロウ材」による積層に関する記載や、甲第２号証刊行物の段落【００４５】の「ろう材」による積層に関する記載から、「ろう材を介して積層」することは周知の技術手段である旨主張している。
　ところが、甲第３号証刊行物の段落【０００７】において「しかしながら、上記半導体素子を半田付け等により実装化しようとすると、急激な温度上昇により放熱基板に大きな反りが発生し、セラミック基板２、回路基板３間、あるいはセラミック基板２、銅板４間に隙間ができ、この隙間により放熱特性が低下するという問題があった。」と、ロウ材を介して積層することについて否定的な事項が記載されている。
　そうであれば、「ろう材を介して積層」することが、仮に周知の技術手段であったとしても、引用発明の「銅からなる結合層」を介して積層することを、特許異議申立人が主張する上記周知の技術手段に置き換える動機付けがあるとはいえない。
　したがって、本件発明は、引用発明、甲第１号証刊行物に記載された事項及び特許異議申立人が主張する周知の技術手段から当業者が容易に発明したものでない。
　ウ　取消理由通知において採用しなかった特許異議申立理由について
　特許異議申立人は、訂正前の特許請求の範囲に関し、特許異議申立書において、請求項１及び２に係る発明について、甲第１号証刊行物ないし甲第３号証刊行物に記載された発明から当業者が容易に発明をすることができたから、特許法第２９条第２項の規定により特許を受けることができないものであると主張している。
　しかしながら、甲第１号証刊行物ないし甲第３号証刊行物のいずれの文献にも、本件発明の「ろう付け温度に加熱して接合した後に」、「−５℃以下−７０℃以上の範囲内に冷却することにより前記金属層に塑性変形を生じさせ」ることについて記載も示唆もされていないことから、かかる主張は、理由がない。
４．むすび
　以上のとおりであるから、取消理由通知に記載した取消理由及び特許異議申立書に記載した特許異議申立理由によっては、本件請求項１に係る特許を取り消すことはできない。
　また、他に本件請求項１に係る特許を取り消すべき理由を発見しない。
　請求項２は、上記訂正により削除されたので、請求項２に係る特許異議の申立てを却下する。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成２８年１１月１７日（２０１６．１１．１７）
【訂正の要旨】
審決（決定）の【理由】欄参照。
（５４）【発明の名称】
パワーモジュール用基板の製造方法
　【技術分野】
　【０００１】
　本発明は、セラミックス基板の両面に異なる厚さの金属層を積層したパワーモジュール用基板の製造方法に関する。
　【背景技術】
　【０００２】
　従来のパワーモジュールとして、セラミックス基板の一方の面に、回路層となるアルミニウム金属層が積層され、この回路層の上に半導体チップ等の電子部品がはんだ付けされるとともに、セラミックス基板の他方の面に放熱層となるアルミニウムの金属層が形成され、この金属層にヒートシンクが接合された構成のものが知られている。
　【０００３】
　また、このようなセラミックス基板に回路層又は放熱層となるアルミニウム金属層を積層状態に形成する方法として、セラミックス基板に、Ａｌ−Ｓｉ系又はＡｌ−Ｇｅ系のろう材を介在させてアルミニウム金属層を重ね合わせ、その積層体を加圧、加熱することにより、ろう材を溶融させて、セラミックス基板とアルミニウム金属層とを接合することが知られている。
　この場合、回路層及び放熱層とも同じ板材で形成されるのが一般的であったが、放熱層とヒートシンクとの間の熱伸縮を緩和するための緩衝機能を放熱層自身に持たせるべく、放熱層を肉厚に形成することが検討されている。
　【０００４】
　特許文献１には、セラミックス基板の両面に厚さの異なる金属層を積層したパワーモジュール用基板が提案されており、体積が大きい金属層側を凹とする（体積が小さい金属層側を凸とする）反りが生じることが開示されている。
　また、特許文献２には、反り防止対策として、厚い金属層を薄い金属層より変形抵抗の小さい材料で構成することが開示されている。例えば、厚肉の金属層を純度９９．９９〜９９．９９９９％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム〜６Ｎアルミニウム）で構成し、薄肉の金属層をそれより純度の低い純度９９〜９９．９９％以上のアルミニウム（いわゆる２Ｎアルミニウム〜４Ｎアルミニウム）で構成することにより、反りを低減させている。
　【先行技術文献】
　【特許文献】
　【０００５】
　【特許文献１】特開２００２−２５２４３３号公報
　【特許文献２】特開２０１０−９３２２５号公報
　【発明の概要】
　【発明が解決しようとする課題】
　【０００６】
　このように、両金属層とも同じ組成、同じ性状であるとすると、回路層と放熱層との厚さの差から、ろう付けのための加熱処理を経由するとパワーモジュール用基板の全体に反りが生じて、その後のヒートシンクとの接合が困難になるという問題があった。
　また、特許文献２記載の技術では、２枚の金属層の材料を変えなければならず、同じ材料のものを用いる場合には適用できないという問題があった。
　【０００７】
　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、セラミックス基板の両面に異なる厚さの金属層を積層する場合に、接合時に発生する反りを低減することができ、接合の信頼性を高めることができる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】
　本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、セラミックス基板の両面に異なる厚さの金属層が積層され
るとともに、厚みの厚い金属層に対する薄い金属層の厚さの比率が０．２以上０．９以下で構成され
ろう材を介して積層
ろう付け温度に
９．８×１０４Ｐａ以上３４３×１０４Ｐａ以下で
−５℃以下−７０℃以上の範囲内に
　【０００９】
　厚さを異ならせた金属層では熱伸縮の差が大きいので、これらをセラミックス基板の両面に接合した場合は、加熱接合後の冷却過程において薄肉の金属層側を凸とする反りを生じさせる応力が発生する。本発明においては、両金属層とセラミックス基板との接合後において、厚さ方向に加圧した状態で冷却されることにより、反りの発生が抑制される。両金属層とセラミックス基板との接合後において、常温以下の低温まで冷却を進めると、厚肉の金属層の熱収縮による応力が大きくなるが、両金属層とセラミックス基板とは加圧されて拘束された状態であるので、反りとしては変形できなくなる。これをさらに冷却すると、金属層に塑性変形が生じる。この塑性変形は、反りとは逆方向の変形であり、その塑性変形領域まで冷却した後に常温まで戻すと、塑性変形した分、反りが相殺されて、冷却前の常温時に生じていた反りよりも小さくなる。
　このように、両金属層とセラミックス基板とを厚さ方向に加圧した状態で冷却することで、両金属層に、熱伸縮による反りと逆向きの塑性変形を生じさせることができ、パワーモジュール用基板全体の反りを低減することができる。
　【００１０】
　両
　【発明の効果】
　【００１１】
　本発明によれば、セラミックス基板の両面に異なる厚さの金属層を積層する場合に、接合により発生する反りを低減することができ、接合の信頼性を高めることができるパワーモジュール用基板の製造方法を提供することができる。また、両金属層が同じ材料であっても適用できることから、種々のパワーモジュール用基板の製造に応用することができる。
　【図面の簡単な説明】
　【００１２】
　【図１】本発明の実施形態のパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールの全体構成を示す縦断面図である。
　【図２】本発明の製造方法で用いられる加圧装置の例を示す正面図である。
　【発明を実施するための形態】
　【００１３】
　以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
　図１は、本発明の一実施形態の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している。このパワーモジュール１は、セラミックス等からなるセラミックス基板２を有するパワーモジュール用基板３と、パワーモジュール用基板３の表面に搭載された半導体チップ等の電子部品４と、パワーモジュール用基板３の裏面に接合されたヒートシンク５とから構成される。
　【００１４】
　パワーモジュール用基板３は、セラミックス基板２の両面に金属層６，７が積層されており、その一方の金属層６が回路層となり、その表面に電子部品４がはんだ付けされる。また、他方の金属層７は放熱層とされ、その表面にヒートシンク５が取り付けられる。
　セラミックス基板２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、もしくはＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスやＳｉＣ（炭化珪素）等の炭化物系セラミックスにより形成され、その厚さは例えば０．６３５ｍｍとされる。
　金属層６，７は、いずれも純度９９．９０質量％以上のアルミニウムが用いられ、ＪＩＳ規格では、１Ｎ９０（純度９９．９０質量％以上：いわゆる３Ｎアルミニウム）又は１Ｎ９９（純度９９．９９質量％以上：いわゆる４Ｎアルミニウム）を用いることができる。なお、金属層６，７には、アルミニウムの他、Ｃｕを用いることもできる。
　このパワーモジュール用基板３は、放熱層となる金属層７に緩衝機能を持たせたるため、回路層となる金属層６よりも肉厚に形成されたものを用いている。
　【００１５】
　この場合、回路層及び放熱層となる金属層６，７の厚さは、その金属層７に対する金属層６の厚さの比率（金属層６の厚さ／金属層７の厚さ）が０．２以上０．９以下となるように形成されている。
　本実施形態のパワーモジュール用基板３においては、例えば、回路層となる金属層６の厚さは０．６ｍｍとされ、放熱層となる金属層７の厚さが１．６ｍｍとされており、その厚さの比率は０．３７５となる。
　これら金属層６，７は、プレス加工により所望の外形に打ち抜いたものをセラミックス基板２に接合するか、あるいは、平板状のものをセラミックス基板２に接合した後に、エッチング加工により所望の外形に形成するか、いずれの方法も採用することができる。
　【００１６】
　なお、本実施形態のパワーモジュール用基板３は、放熱層となる金属層７の厚さの方が回路層となる金属層６の厚さよりも厚い例であるが、逆の形態として、放熱層となる金属層７の厚さの方が回路層となる金属層６の厚さよりも薄く設けられるものであってもよい。
　以下、特に指定しない限り、金属層７の厚さの方が金属層６の厚さよりも厚いものとして説明する。
　また、両金属層６，７の厚さは、上述の厚さに限定されることはなく、例えば、０．６ｍｍよりも薄いものや、１．６ｍｍよりも厚いものも用いられる。
　【００１７】
　セラミックス基板２と回路層及び放熱層となる金属層６，７とは、ろう付けにより積層されている。ろう材としては、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｇｅ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｇ系またはＡｌ−Ｍｎ系等の合金が使用される。
　【００１８】
　なお、金属層６と電子部品４との接合には、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系，Ｚｎ−Ａｌ系もしくはＰｂ−Ｓｎ系等のはんだ材が用いられる。図中符号８がそのはんだ接合層を示す。また、電子部品４と金属層６の端子部との間は、アルミニウム等からなるボンディングワイヤ（図示略）により接続される。
　【００１９】
　また、ヒートシンク５は、平板状のもの、熱間鍛造等によって多数のピン状フィンを一体に形成したもの、押出成形によって相互に平行な帯状フィンを一体に形成したもの等、適宜の形状のものを採用することができる。
　放熱層となる金属層７とヒートシンク５との間の接合法としては、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｇｅ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｇ系またはＡｌ−Ｍｎ系等の合金のろう材によるろう付け法や、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材にフラックスを用いたノコロックろう付け法、金属層およびヒートシンクにＮｉめっきを施し、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｚｎ−ＡｌもしくはＰｂ−Ｓｎ系等のはんだ材によりはんだ付けする方法が用いられ、あるいは、シリコングリースによって密着させた状態でねじによって機械的に固定される。
　【００２０】
　このように構成される本実施形態のパワーモジュール１は、以下のようにして製造される。
　まず、セラミックス基板２の一方の面に回路層となる金属層６をろう材箔を介して積層し、セラミックス基板２の他方の面に放熱層となる金属層７もろう材箔を介して積層する。そして、この積層体Ｓを図２に示す加圧装置１１０に設置する。
　この加圧装置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とを備えている。
　固定板１１３および押圧板１１４は、ベース板１１１に対して平行に配置されており、ベース板１１１と押圧板１１４との間に前述の積層体Ｓが配置される。積層体Ｓの両面に加圧を均一にするためにカーボンシート１１６が配設される。
　この加圧装置１１０により積層体Ｓを加圧した状態で、加圧装置１１０ごと図示略の加熱炉内に設置し、真空雰囲気中で例えば６３０℃のろう付け温度に加熱してろう付けを行うことにより、パワーモジュール用基板３を製造する。
　【００２１】
　図１に示すパワーモジュール用基板３のように、回路層及び放熱層となる金属層６，７の厚さを異ならせた場合、ろう付け時の加熱による熱伸縮の差が大きいので、接合後の冷却過程で発生する残留応力のために、常温まで戻して加圧状態を解放すると薄肉の金属層６側を凸とする反りが生じる。冷却過程において、常温以下の低温までさらに冷却を進めると、熱収縮による変形（反り量）は、さらに増加することとなる。
　本実施形態においては、この金属層６側を凸とする反りが生じたパワーモジュール用基板に対して、反りを矯正するように荷重を負荷し、厚さ方向に加圧した状態で冷却を行う。その際、９．８×１０４Ｐａ（１ｋｇ／ｃｍ２）以上３４３×１０４Ｐａ（３５ｋｇ／ｃｍ２）以下で加圧した状態で−５℃以下−７０℃以上の範囲内に冷却することが好ましい。加圧状態のパワーモジュール用基板を冷却する場合、図２に示す加圧装置ごと冷却器に投入すると、通常５分程度でパワーモジュール用基板も雰囲気温度に到達することから、保持時間としては、パワーモジュール用基板をその冷却温度まで冷却するために、冷却器へ投入後５分程度放置するとよい。より好ましくは、−１０℃〜−２０℃で１０分間の冷却を行うとよい。
　【００２２】
　この場合、両金属層６，７とセラミックス基板２とは厚さ方向に加圧され、反りが生じないように拘束されていることから、冷却時において見かけ上は変化がないように見えるが、応力に抗して加圧されていることにより金属層６，７に塑性変形が生じる。両金属層６，７の塑性変形は、反りとは逆方向の変形であり、その塑性変形領域まで冷却した後に常温まで戻すと、塑性変形した分、反りが相殺されて、冷却前の常温時に生じていた反りよりも、冷却後の常温時の反りの方が小さくなる。したがって、冷却前の常温時の応力よりも、冷却後の常温時の応力の方が小さくなる。
　このように、両金属層６，７とセラミックス基板２とを厚さ方向に加圧した状態で冷却することにより、両金属層６，７に、熱伸縮による反りと逆向きの塑性変形を生じさせ、パワーモジュール用基板３の全体の反りを低減させることができる。
　【実施例】
　【００２３】
　次に、本発明の効果を確認するために行った実施例および比較例について説明する。
　回路層及び放熱層ともにアルミニウム純度９９．９９質量％の２８ｍｍ角の金属層を用い、回路層となる金属層６の厚さは０．６ｍｍ、放熱層となる金属層７の厚さは１．６ｍｍとした。これらの金属層の厚さの比率（回路層の厚さ／放熱層の厚さ）は０．３７５である。セラミックス基板２には、ＡｌＮを用い、厚さ０．６３５ｍｍとした。これら金属層６，７とセラミックス基板２とは、厚さ１０μｍ〜１５μｍのＡｌ−Ｓｉ系ろう材を用いて接合した。
　このように構成されたパワーモジュール用基板の製造には、まず、金属層６の裏面とセラミックス基板２の表面、および金属層７の表面とセラミックス基板２の裏面を、それぞれろう材を挟んで当接させ、これらを積層したセラミックス基板２および金属層６，７を厚さ方向に加圧しながら、真空雰囲気中、６００℃〜６５０℃で約１時間加熱することにより、セラミックス基板２と両金属層６，７とをろう付け接合し、試料１〜１５のパワーモジュール用基板を製造した。
　【００２４】
　その後、セラミックス基板２と金属層６，７とを加圧した状態で常温まで冷却し、加圧を解放した。この状態では、薄肉の金属層６側を凸とする反りが認められた。そして、これら接合後のパワーモジュール用基板について全体の反りを測定した。これらの測定結果を接合後の反り量として２８ｍｍ長さ当たりの平面度を表１に示す。
　次に、各試料１〜１５について、平面度改善のために３種類の処理を実施し、これらの平面度改善後の各試料１〜１５の反り量について測定を行った。試料１〜５については、接合後に５３．９×１０４Ｐａ（５．５ｋｇ／ｃｍ２）で厚さ方向に加圧し、その加圧状態を２０分間保持した後に加圧を解く方法で平面度改善を行った。試料６〜１０については、接合後に加圧を解いた状態で−７０℃まで冷却し、全体の温度が一定となるように２０分間保持した後に、再度−７０℃から常温まで戻す方法で行った。また、試料１１〜１５については、接合後に５３．９×１０４Ｐａ（５．５ｋｇ／ｃｍ２）で厚さ方向に加圧し、その加圧状態で−７０℃まで冷却し、冷却および加圧を２０分間保持した後に、再度−７０℃から常温まで戻し、加圧を解く方法で行った。これら試料１〜１５の平面度改善後の反り量の測定結果を表１に示す。
　なお、平面度は、定盤上にパワーモジュール用基板を載置し、上部よりレーザー変位計で測定した。また、平面度変化率Ｚは、接合後の平面度をＸとし、平面度改善後の平面度をＹとした場合に、Ｚ＝（Ｘ−Ｙ）／Ｘ×１００（％）により算出される値である。
　【００２５】
　【表１】
　【００２６】
　表１からわかるように、試料１１〜１５については、所定の荷重を付加し、その加圧状態で冷却を行うことにより、平面度改善前と比べて反り量が大幅に低減された。平面度改善の方法として加圧のみ行う場合（試料１〜５）や、冷却のみ行う場合（試料６〜１０）においても反り量は低減されたが、加圧と冷却とを同時に行う場合（試料１１〜１５）と比べて、効果は小さかった。
　なお、上記においては、セラミックス基板と両金属層とを−７０℃まで冷却したが、金属層に塑性変形が生じる温度領域まで冷却すればよい。どの程度まで冷却するかは、パワーモジュール用基板の面積、板厚、材質等によって生じる反り量の程度に応じて設定すればよい。例えば、少なくとも−１０℃〜−２０℃まで冷却し、その状態を１０分間保持することが好ましい。
　【００２７】
　なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、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、上記実施形態においては、セラミックス基板と両金属層との接合後に一度加圧を解放し、冷却過程において再度の加圧を行っていたが、接合後に加圧を解放せずに、そのまま連続して冷却を行ってもよい。
　【００２８】
　また、セラミックス基板と金属層との接合は、ろう付け以外にもはんだ付けも可能である。また、ＴＬＰ接合法（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｐｈａｓｅ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）と称される過渡液相接合法によって接合してもよい。この過渡液相接合法においては、金属層の表面に蒸着させた銅層を、金属層とセラミックス基板との界面に介在させて行う。加熱により、金属層のアルミニウム中に銅が拡散し、金属層の銅層近傍の銅濃度が上昇して融点が低下し、アルミニウムと銅との共晶域にて接合界面に金属液相が形成される。この金属液相が形成された状態で温度を一定に保持しておくと、金属液相がセラミックス基板と反応するとともに、銅がさらにアルミニウム中に拡散することに伴い、金属液相中の銅濃度が徐々に低下して融点が上昇し、温度を一定に保持した状態で凝固が進行する。これにより、金属層とセラミックス基板との強固な接合が得られる。
　また、セラミックス基板と金属層とを、活性金属ろう材を用いて接合する方法を採用することもできる。例えば、活性金属であるＴｉを含む活性金属ろう材（Ａｇ‐２７．４質量％Ｃｕ‐２．０質量％Ｔｉ）を用い、金属層とセラミックス基板との積層体を加圧した状態で真空中で加熱し、活性金属であるＴｉをセラミックス基板に優先的に拡散させて、Ａｇ‐Ｃｕ合金を介して金属層とセラミックス基板とを接合できる。
　【符号の説明】
　【００２９】
　１　パワーモジュール
　２　セラミックス基板
　３　パワーモジュール用基板
　４　電子部品
　５　ヒートシンク
　６，７　金属層
　８　はんだ接合層
　１１０　加圧装置
　１１１　ベース板
　１１２　ガイドポスト
　１１３　固定板
　１１４　押圧板
　１１５　付勢手段
　１１６　カーボンシート
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】
　セラミックス基板の両面に異なる厚さの金属層が積層され
るとともに、厚みの厚い金属層に対する薄い金属層の厚さの比率が０．２以上０．９以下で構成され
ろう材を介して積層
ろう付け温度に
９．８×１０４Ｐａ以上３４３×１０４Ｐａ以下で
−５℃以下−７０℃以上の範囲内に
　【請求項２】（削除）