(57)【要約】【課題】高さが異なる複数の回路部材を有する回路層を備えた絶縁回路基板を製造することができる絶縁回路基板の製造方法を提供する。【解決手段】セラミックス基板１１の一方の面に、高さが異なる複数の回路部材２２を積層配置する積層工程と、積層された複数の回路部材２２のセラミックス基板１１とは反対側の面に、それぞれの回路部材２２の積層高さの違いに応じた座繰り部４２が形成された座繰り押圧板４０を配置し、セラミックス基板１１と回路部材２２を積層方向に加圧するともに加熱して、セラミックス基板１１の一方の面に高さの異なる複数の回路部材２２を一括して接合する接合工程と、を備えており、座繰り部４２の深さｈが、セラミックス基板１１の一方の面からの積層高さが最も低い基準回路部材と当該座繰り部４２に対応する回路部材２２との積層高さの差Δｔに対して、０．７０×Δｔ≦ｈ≦１．２５×Δｔの範囲内とされている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板の一方の面に、前記セラミックス基板の一方の面からの高さが異なる複数の回路部材を有する回路層が形成された絶縁回路基板の製造方法であって、
前記セラミックス基板の一方の面に、高さが異なる複数の前記回路部材を積層配置する積層工程と、
積層された複数の前記回路部材の前記セラミックス基板とは反対側の面に、それぞれの前記回路部材の積層高さの違いに応じた座繰り部が形成された座繰り押圧板を配置し、前記セラミックス基板と前記回路部材を積層方向に加圧するともに加熱して、前記セラミックス基板の一方の面に高さの異なる複数の前記回路部材を一括して接合する接合工程と、を備えており、
前記座繰り部の深さｈが、前記セラミックス基板の一方の面からの積層高さが最も低い基準回路部材と当該座繰り部に対応する前記回路部材との積層高さの差Δｔに対して、０．７０×Δｔ≦ｈ≦１．２５×Δｔの範囲内とされていることを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁回路基板は、前記セラミックス基板の他方の面側に金属層を備えており、
前記積層工程においては、前記セラミックス基板の他方の面に金属部材を積層し、
前記接合工程においては、前記セラミックス基板の一方の面に高さの異なる複数の前記回路部材を一括して接合するとともに、前記セラミックス基板の他方の面に前記金属部材を接合することを特徴とする請求項１に記載の絶縁回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記金属層は、前記セラミックス基板の他方の面からの高さが異なる複数の金属部材を有しており、
前記積層工程においては、前記セラミックス基板の他方の面に、高さが異なる複数の金属部材を積層配置し、
前記接合工程においては、積層された複数の前記金属部材の前記セラミックス基板とは反対側の面に、それぞれの前記金属部材の積層高さの違いに応じた第２座繰り部が形成された第２座繰り押圧板を配置し、前記セラミックス基板と前記回路部材と前記金属部材を積層方向に加圧するともに加熱して、前記セラミックス基板の一方の面に高さの異なる複数の前記回路部材を一括して接合するとともに、前記セラミックス基板の他方の面に高さの異なる複数の前記金属部材を一括して接合する構成とされており、
前記第２座繰り部の深さｈ２が、前記セラミックス基板の他方の面からの積層高さが最も低い基準金属部材と当該第２座繰り部に対応する前記金属部材との積層高さの差Δｔ２に対して、０．７０×Δｔ２≦ｈ２≦１．２５×Δｔ２の範囲内とされていることを特徴とする請求項１に記載の絶縁回路基板の製造方法。
【請求項４】
セラミックス基板の一方の面に、前記セラミックス基板の一方の面からの高さが異なる複数の回路部材を有する回路層が形成された絶縁回路基板と、前記セラミックス基板の他方の面側に配設されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法であって、
前記セラミックス基板の一方の面に、高さが異なる複数の前記回路部材を積層配置するとともに、前記セラミックス基板の他方の面側に、ヒートシンクを積層する積層工程と、
積層された複数の前記回路部材の前記セラミックス基板とは反対側の面に、それぞれの前記回路部材の積層高さの違いに応じた座繰り部が形成された座繰り押圧板を配置し、前記ヒートシンクと前記セラミックス基板と高さが異なる複数の前記回路部材とを積層方向に加圧するともに加熱して、前記セラミックス基板の一方の面に高さが異なる複数の前記回路部材とを一括して接合するとともに、前記セラミックス基板の他方の面側に前記ヒートシンクを配設する接合工程と、を備えており、
前記座繰り部の深さｈが、前記セラミックス基板の一方の面からの積層高さが最も低い基準回路部材と当該座繰り部に対応する前記回路部材との積層高さの差Δｔに対して、０．７０×Δｔ≦ｈ≦１．２５×Δｔの範囲内とされていることを特徴とするヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法。
【請求項５】
セラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面に形成された回路層とを有する絶縁回路基板であって、
前記回路層は、前記セラミックス基板の一方の面からの高さが異なる複数の回路部材を有することを特徴とする絶縁回路基板。
【請求項６】
前記セラミックス基板の他方面に、金属層が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の絶縁回路基板。
【請求項７】
前記金属層は、前記セラミックス基板の他方の面からの高さが異なる複数の金属部材を有することを特徴とする請求項６の記載の絶縁回路基板。
【請求項８】
セラミックス基板の一方の面に形成された回路層を有する絶縁回路基板と、前記セラミックス基板の他方の面側に配設されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付き絶縁回路基板であって、
前記回路層は、前記セラミックス基板の一方の面からの高さが異なる複数の回路部材を有することを特徴とするヒートシンク付き絶縁回路基板。
【請求項９】
セラミックス基板の一方の面に回路層が形成された一の絶縁回路基板と、当該一の絶縁回路基板の前記回路層の上に積層された他の絶縁回路基板と、を備えた絶縁回路基板の積層構造体の製造方法であって、
前記一の絶縁回路基板の前記回路層の上に、前記他の絶縁回路基板を積層する積層工程と、
積層された前記他の絶縁回路基板の前記一の絶縁回路基板とは反対側の面に、前記一の絶縁回路基板の前記セラミックス基板の一方の面側の積層高さの違いに応じた座繰り部が形成された座繰り押圧板を配置し、前記一の絶縁回路基板と前記他の絶縁回路基板を積層方向に加圧するともに加熱して、前記一の絶縁回路基板の前記回路層上に前記他の絶縁回路基板を接合する接合工程と、を備えており、
前記座繰り部の深さｈが、前記一の絶縁回路基板のセラミックス基板の一方の面からの積層高さが最も低い基準高さと当該座繰り部に対応する部材の積層高さとの差Δｔに対して、０．７０×Δｔ≦ｈ≦１．２５×Δｔの範囲内とされていることを特徴とする絶縁回路基板の積層構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、セラミックス基板の一方の面に、前記セラミックス基板の一方の面からの高さが異なる複数の回路部材を有する回路層が形成された絶縁回路基板の製造方法、ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法、及び、絶縁回路基板、ヒートシンク付き絶縁回路基板、並びに、絶縁回路基板の積層構造体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュール、ＬＥＤモジュール及び熱電モジュールにおいては、絶縁層の一方の面に導電材料からなる回路層を形成した絶縁回路基板に、パワー半導体素子、ＬＥＤ素子及び熱電素子が接合された構造とされている。
例えば、風力発電、電気自動車、ハイブリッド自動車等を制御するために用いられる大電力制御用のパワー半導体素子は、動作時の発熱量が多いことから、これを搭載する基板としては、例えば窒化アルミニウムや窒化ケイ素などからなるセラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面に導電性の優れた金属板を接合して形成した回路層と、を備えた絶縁回路基板が、従来から広く用いられている。なお、絶縁回路基板としては、セラミックス基板の他方の面に金属板を接合して金属層を形成したものも提供されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、セラミックス基板の一方の面及び他方の面にアルミニウム板または銅板からなる回路層及び金属層が形成された絶縁回路基板が開示されている。
そして、絶縁回路基板の他方の面側には、ヒートシンクが接合されており、半導体素子から絶縁回路基板側に伝達された熱を、ヒートシンクを介して外部へ放散する構成とされている。
【０００４】
また、例えば特許文献２に示すように、一つのヒートシンクの上に複数の絶縁回路基板が配設されることがある。
この特許文献２においては、複数の絶縁回路基板にそれぞれ対応するように加圧手段を設け、それぞれの絶縁回路基板とヒートシンク側へと押圧することで、絶縁回路基板とヒートシンクとを確実に接合する構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１７１２３４号公報
【特許文献２】特開２０１６−０６３１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述の絶縁回路基板の回路層においては、回路パターンが形成され、複数の回路部材が回路上に配置された構造とされている。このような回路パターンは、通常、エッチングによって形成されている。このため、通常は、回路層は、同一の材質で同一の高さの回路部材が配列されることになる。
【０００７】
しかしながら、上述の絶縁回路基板においては、回路パターンを構成する一の回路部材の上にはんだ等を介して半導体素子が接合されるとともに、他の回路部材にはボンディングワイヤーが超音波接合されることがある。このように、回路層においては、それぞれの回路部材によっては被接合部材や接合方法が異なっており、それぞれに応じた材質や高さの回路部材を形成することが求められている。
【０００８】
ここで、複数の回路部材を回路パターン状に配列してセラミックス基板に接合することも考えられるが、高さが異なる回路部材をセラミックス基板側に向けて均一に押圧して接合することは困難であった。なお、回路部材はその接合面積が非常に小さいため、特許文献２に開示されているように、複数の回路部材に対して個別に加圧手段を設けることは困難であった。
【０００９】
また、最近では、低インダクタンス化を目的として、一の絶縁回路基板の回路層上に他の絶縁回路基板を積層した絶縁回路基板の積層構造体が提供されている。このような絶縁回路基板の積層構造体においては、一の絶縁回路基板の回路層の一部に他の絶縁回路基板が積層されるため、他の絶縁回路基板を接合するために積層方向に押圧すると、一の絶縁回路基板に対して局所的に押圧力が作用することになり、一の絶縁回路基板のセラミックス基板に割れ等が生じるおそれがあった。
【００１０】
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、高さが異なる複数の回路部材を有する回路層を備えた絶縁回路基板を製造することができる絶縁回路基板の製造方法、ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法、及び、絶縁回路基板、ヒートシンク付き絶縁回路基板、並びに、一の絶縁回路基板の回路層上に他の絶縁回路基板を積層した絶縁回路基板の積層構造体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】
【００１１】
上述の課題を解決するために、本発明の絶縁回路基板の製造方法は、セラミックス基板の一方の面に、前記セラミックス基板の一方の面からの高さが異なる複数の回路部材を有する回路層が形成された絶縁回路基板の製造方法であって、前記セラミックス基板の一方の面に、高さが異なる複数の前記回路部材を積層配置する積層工程と、積層された複数の前記回路部材の前記セラミックス基板とは反対側の面に、それぞれの前記回路部材の積層高さの違いに応じた座繰り部が形成された座繰り押圧板を配置し、前記セラミックス基板と前記回路部材を積層方向に加圧するともに加熱して、前記セラミックス基板の一方の面に高さの異なる複数の前記回路部材を一括して接合する接合工程と、を備えており、前記座繰り部の深さｈが、前記セラミックス基板の一方の面からの積層高さが最も低い基準回路部材と当該座繰り部に対応する前記回路部材との積層高さの差Δｔに対して、０．７０×Δｔ≦ｈ≦１．２５×Δｔの範囲内とされていることを特徴としている。
【００１２】
この構成の絶縁回路基板の製造方法によれば、積層された複数の前記回路部材の前記セラミックス基板とは反対側の面に、それぞれの前記回路部材の積層高さの違いに応じた座繰り部が形成された座繰り押圧板を配置して前記セラミックス基板と前記回路部材を積層方向に加圧しており、前記座繰り部の深さｈが、前記セラミックス基板の一方の面からの積層高さが最も低い基準回路部材と当該座繰り部に対応する前記回路部材との積層高さの差Δｔに対して、０．７０×Δｔ≦ｈ≦１．２５×Δｔの範囲内とされているので、高さの異なる回路部材であっても、セラミックス基板側へと均一に押圧することが可能となる。よって、高さの異なる回路部材を確実にセラミックス基板の一方の面に接合することができる。
【００１３】
ここで、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記絶縁回路基板は、前記セラミックス基板の他方の面側に金属層を備えており、前記積層工程においては、前記セラミックス基板の他方の面に金属部材を積層し、前記接合工程においては、前記セラミックス基板の一方の面に高さの異なる複数の前記回路部材を一括して接合するとともに、前記セラミックス基板の他方の面に前記金属部材を接合する構成としてもよい。
【００１４】
この場合、セラミックス基板の他方の面側に金属部材を接合して金属層を形成する際に、セラミックス基板の一方の面側に高さの異なる回路部材が積層配置されていても、座繰り押圧板によって高さの異なる回路部材が均一に押圧されているので、金属部材も均一に押圧することができ、金属部材を確実に接合することができる。
【００１５】
また、本発明の絶縁回路基板の製造方法においては、前記金属層は、前記セラミックス基板の他方の面からの高さが異なる複数の金属部材を有しており、前記積層工程においては、前記セラミックス基板の他方の面に、高さが異なる複数の金属部材を積層配置し、前記接合工程においては、積層された複数の前記金属部材の前記セラミックス基板とは反対側の面に、それぞれの前記金属部材の積層高さの違いに応じた第２座繰り部が形成された第２座繰り押圧板を配置し、前記セラミックス基板と前記回路部材と前記金属部材を積層方向に加圧するともに加熱して、前記セラミックス基板の一方の面に高さの異なる複数の前記回路部材を一括して接合するとともに、前記セラミックス基板の他方の面に高さの異なる複数の前記金属部材を一括して接合する構成とされており、前記第２座繰り部の深さｈ２が、前記セラミックス基板の他方の面からの積層高さが最も低い基準金属部材と当該第２座繰り部に対応する前記金属部材との積層高さの差Δｔ２に対して、０．７０×Δｔ２≦ｈ２≦１．２５×Δｔ２の範囲内とされている構成としてもよい。
【００１６】
この場合、積層された複数の前記金属部材の前記セラミックス基板とは反対側の面に、それぞれの前記金属部材の積層高さの違いに応じた第２座繰り部が形成された第２座繰り押圧板を配置して前記セラミックス基板と前記金属部材を積層方向に加圧しており、前記第２座繰り部の深さｈ２が、前記セラミックス基板の他方の面からの積層高さが最も低い基準金属部材と当該第２座繰り部に対応する前記金属部材との積層高さの差Δｔ２に対して、０．７０×Δｔ２≦ｈ２≦１．２５×Δｔ２の範囲内とされているので、高さの異なる金属部材であっても、セラミックス基板側へと均一に押圧することが可能となる。よって、高さの異なる金属部材を確実にセラミックス基板と接合することができる。
【００１７】
本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法は、セラミックス基板の一方の面に、前記セラミックス基板の一方の面からの高さが異なる複数の回路部材を有する回路層が形成された絶縁回路基板と、前記セラミックス基板の他方の面側に配設されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法であって、前記セラミックス基板の一方の面に、高さが異なる複数の前記回路部材を積層配置するとともに、前記セラミックス基板の他方の面側に、ヒートシンクを積層する積層工程と、積層された複数の前記回路部材の前記セラミックス基板とは反対側の面に、それぞれの前記回路部材の積層高さの違いに応じた座繰り部が形成された座繰り押圧板を配置し、前記ヒートシンクと前記セラミックス基板と高さが異なる複数の前記回路部材とを積層方向に加圧するともに加熱して、前記セラミックス基板の一方の面に高さが異なる複数の前記回路部材とを一括して接合するとともに、前記セラミックス基板の他方の面側に前記ヒートシンクを配設する接合工程と、を備えており、前記座繰り部の深さｈが、前記セラミックス基板の一方の面からの積層高さが最も低い基準回路部材と当該座繰り部に対応する前記回路部材との積層高さの差Δｔに対して、０．７０×Δｔ≦ｈ≦１．２５×Δｔの範囲内とされていることを特徴としている。
【００１８】
この構成のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法によれば、積層された複数の前記回路部材の前記セラミックス基板とは反対側の面に、それぞれの前記回路部材の積層高さの違いに応じた座繰り部が形成された座繰り押圧板を配置して前記セラミックス基板と前記回路部材を積層方向に加圧しており、前記座繰り部の深さｈが、前記セラミックス基板の一方の面からの積層高さが最も低い基準回路部材と当該座繰り部に対応する前記回路部材との積層高さの差Δｔに対して、０．７０×Δｔ≦ｈ≦１．２５×Δｔの範囲内とされているので、高さの異なる回路部材であっても、セラミックス基板側へと均一に押圧することが可能となる。よって、高さの異なる回路部材を確実にセラミックス基板と接合することができる。
また、セラミックス基板の一方の面側に高さの異なる回路部材が積層配置されていても、座繰り押圧板によって高さの異なる回路部材が均一に押圧されているので、ヒートシンクも均一に押圧されることになり、セラミックス基板の他方の面側にヒートシンクを確実に接合することができる。
【００１９】
本発明の絶縁回路基板は、セラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面に形成された回路層とを有する絶縁回路基板であって、前記回路層は、前記セラミックス基板の一方の面からの高さが異なる複数の回路部材を有することを特徴としている。
この構成の絶縁回路基板においては、回路層が前記セラミックス基板の一方の面からの高さが異なる複数の回路部材を備えているので、接合される被接合部材や接合方法に適した回路部材を適切に配置することができる。なお、回路部材を個別に接合して回路パターンを形成しているので、回路部材の材質を接合される被接合部材や接合方法に応じて選択することも可能である。
【００２０】
ここで、本発明の絶縁回路基板においては、前記セラミックス基板の他方面に、金属層が形成されていてもよい。
この場合、セラミックス基板の他方側に放熱性に優れた金属層を形成することで、絶縁回路基板の放熱特性を向上させることができる。また、絶縁回路基板の一方の面及び他方の面にそれぞれ回路層と金属層が形成されることで、反りの発生を抑制することが可能となる。
【００２１】
また、本発明の絶縁回路基板においては、前記金属層は、前記セラミックス基板の他方の面からの高さが異なる複数の金属部材を有する構成としてもよい。
この場合、金属層が前記セラミックス基板の他方の面からの高さが異なる複数の金属部材を備えているので、接合される被接合部材や接合方法に適した金属部材を適切に配置することができる。なお、金属部材を個別に接合しているので、金属部材の材質を接合される被接合部材や接合方法に応じて選択することも可能である。
【００２２】
本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板は、セラミックス基板の一方の面に形成された回路層を有する絶縁回路基板と、前記セラミックス基板の他方の面側に配設されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付き絶縁回路基板であって、前記回路層は、前記セラミックス基板の一方の面からの高さが異なる複数の回路部材を有することを特徴としている。
【００２３】
この構成のヒートシンク付き絶縁回路基板においては、回路層が前記セラミックス基板の一方の面からの高さが異なる複数の回路部材を備えているので、接合される被接合部材や接合方法に適した回路部材を適切に配置することができる。なお、回路部材を個別に接合して回路パターンを形成しているので、回路部材の材質を接合される被接合部材や接合方法に応じて選択することも可能である。
【００２４】
本発明の絶縁回路基板の積層構造体の製造方法は、セラミックス基板の一方の面に回路層が形成された一の絶縁回路基板と、当該一の絶縁回路基板の前記回路層の上に積層された他の絶縁回路基板と、を備えた絶縁回路基板の積層構造体の製造方法であって、前記一の絶縁回路基板の前記回路層の上に、前記他の絶縁回路基板を積層する積層工程と、積層された前記他の絶縁回路基板の前記一の絶縁回路基板とは反対側の面に、前記一の絶縁回路基板の前記セラミックス基板の一方の面側の積層高さの違いに応じた座繰り部が形成された座繰り押圧板を配置し、前記一の絶縁回路基板と前記他の絶縁回路基板を積層方向に加圧するともに加熱して、前記一の絶縁回路基板の前記回路層上に前記他の絶縁回路基板を接合する接合工程と、を備えており、前記座繰り部の深さｈが、前記一の絶縁回路基板のセラミックス基板の一方の面からの積層高さが最も低い基準高さと当該座繰り部に対応する部材の積層高さとの差Δｔに対して、０．７０×Δｔ≦ｈ≦１．２５×Δｔの範囲内とされていることを特徴としている。
【００２５】
この構成の絶縁回路基板の積層構造体の製造方法によれば、積層された前記他の絶縁回路基板の前記一の絶縁回路基板とは反対側の面に、前記一の絶縁回路基板の前記セラミックス基板の一方の面側の積層高さの違いに応じた座繰り部が形成された座繰り押圧板を配置して前記一の絶縁回路基板と前記他の絶縁回路基板を積層方向に加圧しており、前記座繰り部の深さｈが、前記一の絶縁回路基板のセラミックス基板の一方の面からの積層高さが最も低い基準高さと当該座繰り部に対応する部材の積層高さとの差Δｔに対して、０．７０×Δｔ≦ｈ≦１．２５×Δｔの範囲内とされているので、前記一の絶縁回路基板のセラミックス基板に対して局所的に押圧力が負荷されることがなく、当該一の絶縁回路基板の前記回路層の上に他の絶縁回路基板を確実に接合することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、高さが異なる複数の回路部材を有する回路層を備えた絶縁回路基板を製造することができる絶縁回路基板の製造方法、ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法、及び、絶縁回路基板、ヒートシンク付き絶縁回路基板、並びに、一の絶縁回路基板の回路層上に他の絶縁回路基板を積層した絶縁回路基板の積層構造体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】
【００２７】
【図１】本発明の第一の実施形態である絶縁回路基板の製造方法によって製造された絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの断面説明図である。
【図２】図１に示す絶縁回路基板の説明図である。（ａ）が断面図、（ｂ）が回路層側の上面図である。
【図３】図２に示す絶縁回路基板の製造方法を示すフロー図である。
【図４】図２に示す絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。
【図５】図４に示す絶縁回路基板の製造方法において用いられる座繰り押圧板及び第２座繰り押圧板の説明図である。
【図６】本発明の第二の実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法によって製造されたヒートシンク付き絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの断面説明図である。
【図７】図６に示すヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法を示すフロー図である。
【図８】図６に示すヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。
【図９】図８に示す絶縁回路基板の製造方法において用いられる座繰り押圧板の説明図である。
【図１０】本発明の第三の実施形態である絶縁回路基板の積層構造体の製造方法によって製造された絶縁回路基板の積層構造体の断面説明図である。
【図１１】図１０に示す絶縁回路基板の積層構造体の製造方法を示すフロー図である。
【図１２】図１０に示す絶縁回路基板の積層構造体の製造方法を示す説明図である。
【図１３】図１２に示す絶縁回路基板の積層構造体の製造方法において用いられる座繰り押圧板の説明図である。
【図１４】実施例における回路部材の配置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。
【００２９】
＜第一の実施形態＞
図１に、本発明の第一の実施形態である絶縁回路基板の製造方法によって製造された絶縁回路基板１０、及び、絶縁回路基板１０を用いたパワーモジュール１を示す。
【００３０】
このパワーモジュール１は、絶縁回路基板１０と、この絶縁回路基板１０の一方側（図１において上側）にはんだ層２を介して接合された半導体素子３と、を備えている。
【００３１】
はんだ層２は、例えばＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、若しくはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ材（いわゆる鉛フリーはんだ材）とされている。
半導体素子３は、半導体を備えた電子部品であり、必要とされる機能に応じて種々の半導体素子が選択される。
【００３２】
絶縁回路基板１０は、図１及び図２（ａ）に示すように、セラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面（図１及び図２（ａ）において上面）に配設された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面（図１及び図２（ａ）において下面）に配設された金属層１３とを備えている。
セラミックス基板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、窒化アルミニウムや、窒化珪素、アルミナ等から構成される。本実施形態では、絶縁性の高い窒化アルミニウムで構成されている。
ここで、本実施形態では、セラミックス基板１１の厚さは、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内に設定されている。
【００３３】
回路層１２は、セラミックス基板１１の一方の面に、導電性に優れた金属からなる複数の回路部材２２が接合されることにより形成されている。上述の回路部材２２は、例えば、銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金等の圧延板やこれらのクラッド板等の金属板を打ち抜くことで得ることができる。
この回路層１２においては、図２（ｂ）に示すように、上述の回路部材２２がパターン状に配置されることで回路パターンが形成されている。
【００３４】
そして、本実施形態においては、図１及び図２（ａ）に示すように、回路層１２は、高さが異なる複数の回路部材２２（第１回路部材２２ａ、第２回路部材２２ｂ，第３回路部材２２ｃ）によって構成されている。ここで、第１回路部材２２ａは、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片２２ａａと銅又は銅合金からなる銅片２２ａｃの積層体とされており、アルミニウム片２２ａａと銅片２２ａｃとの間にチタン層２２ａｔが形成されている。また、第２回路部材２２ｂ及び第３回路部材２２ｃは、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されている。
ここで、本実施形態では、回路層１２の厚さ（各回路部材２２のセラミックス基板１１の一方の面からの高さ）は０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されている。また、図１及び図２（ａ）に示すように、第２回路部材２２ｂが、セラミックス基板１１の一方の面からの高さが最も低くなっている。
【００３５】
金属層１３は、セラミックス基板１１の他方の面に、熱伝導性に優れた金属からなる複数の金属部材２３が接合されることにより形成されている。上述の金属部材２３は、例えば、銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金等の圧延板やこれらのクラッド板等の金属板を打ち抜くことで得ることができる。
【００３６】
そして、本実施形態においては、図１及び図２（ａ）に示すように、金属層１３は、高さが異なる複数の金属部材２３（第１金属部材２３ａ、第２金属部材２３ｂ）によって構成されている。ここで、第１金属部材２３ａは、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片２３ａａと銅又は銅合金からなる銅片２３ａｃの積層体とされており、アルミニウム片２３ａａと銅片２３ａｃとの間にチタン層２３ａｔが形成されている。また、第２金属部材２３ｂは、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されている。
ここで、本実施形態では、金属層１３の厚さ（各金属部材２３のセラミックス基板１１の他方の面からの高さ）は０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されている。また、図１及び図２（ａ）に示すように、第２金属部材２３ｂが、セラミックス基板１１の他方の面からの高さが最も低くなっている。
【００３７】
次に、本実施形態である絶縁回路基板１０の製造方法について、図３から図５を参照して説明する。
【００３８】
（積層工程０１）
まず、図４及び図５に示すように、セラミックス基板１１の一方の面（図４及び図５において上面）に、高さの異なる複数の回路部材２２（第１回路部材２２ａ、第２回路部材２２ｂ、第３回路部材２２ｃ）を積層する。なお、これらの複数の回路部材２２をパターン状に配列することで回路パターンが形成される。
【００３９】
このとき、本実施形態においては、セラミックス基板１１と回路部材２２の間に、接合材としてＡｌ−Ｓｉ系のろう材箔２６を積層した。
また、第１回路部材２２ａにおいては、アルミニウム片２２ａａと銅片２２ａｃとの間に、チタン材２８（厚さ３μｍ以上４０μｍ）を積層した。
【００４０】
本実施形態では、図５に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に積層された状態で、第２回路部材２２ｂのセラミックス基板１１の一方の面からの積層高さｔｂが、第１回路部材２２ａのセラミックス基板１１の一方の面からの積層高さｔａ及び第３回路部材２２ｃのセラミックス基板１１の一方の面からの積層高さｔｃよりも低くなっており、この第２回路部材２２ｂが基準回路部材とされる。なお、これらの各回路部材２２の積層高さは、接合材等（図４及び図５においては、ろう材箔２６、チタン材２８）を含めた高さとなる。
【００４１】
また、図４及び図５に示すように、セラミックス基板１１の他方の面（図４及び図５において下面）に、高さの異なる複数の金属部材２３（第１金属部材２３ａ、第２金属部材２３ｂ）を積層する。
このとき、本実施形態においては、セラミックス基板１１と金属部材２３の間に、接合材としてＡｌ−Ｓｉ系のろう材箔２７を積層した。
また、第１金属部材２３ａにおいては、アルミニウム片２３ａａと銅片２３ａｃとの間に、チタン材２９（厚さ３μｍ以上４０μｍ）を積層した。
【００４２】
本実施形態では、図５に示すように、セラミックス基板１１の他方の面に積層された状態で、第２金属部材２３ｂのセラミックス基板１１の他方の面からの積層高さｔ２ｂが、第１金属部材２３ａのセラミックス基板１１の他方の面からの積層高さｔ２ａよりも低くなっており、この第２金属部材２３ｂが基準金属部材とされる。なお、これらの各金属部材２３の積層高さは、接合材等（図４及び図５においては、ろう材箔２７、チタン材２９）を含めた高さとなる。
【００４３】
（接合工程Ｓ０２）
次に、図４及び図５に示すように、積層された複数の回路部材２２のセラミックス基板１１とは反対側の面に、それぞれの回路部材２２の積層高さの違いに応じた座繰り部４２（４２ａ、４２ｃ）が形成された座繰り押圧板４０を配置する。
また、積層された複数の金属部材２３のセラミックス基板１１とは反対側の面に、それぞれの金属部材２３の積層高さの違いに応じた第２座繰り部５２（５２ａ）が形成された第２座繰り押圧板５０を配置する。
なお、これら座繰り押圧板４０及び第２座繰り押圧板５０は、カーボン材によって構成されている。
【００４４】
ここで、座繰り押圧板４０における座繰り部４２ａ、４２ｃの深さｈは、セラミックス基板１１の一方の面からの積層高さが最も低い基準回路部材（本実施形態では第２回路部材２２ｂ）と当該座繰り部４２ａ、４２ｃに対応する回路部材（第１回路部材２２ａ、第３回路部材２２ｃ）との積層高さの差Δｔに対して、０．７０×Δｔ≦ｈ≦１．２５×Δｔの範囲内とされている。
すなわち、第１回路部材２２ａに対応する座繰り部４２ａの深さｈａは、第１回路部材２２ａと第２回路部材２２ｂとの積層高さの差Δｔａ（＝ｔａ−ｔｂ）に対して、０．７０×Δｔａ≦ｈａ≦１．２５×Δｔａの範囲内とされ、第３回路部材２２ｃに対応する座繰り部４２ｃの深さｈｃは、第３回路部材２２ｃと第２回路部材２２ｂとの積層高さの差Δｔｃ（＝ｔｃ−ｔｂ）に対して、０．７０×Δｔｃ≦ｈｃ≦１．２５×Δｔｃの範囲内とされている。
【００４５】
ここで、座繰り押圧板４０における座繰り部４２の深さｈが、セラミックス基板１１の一方の面からの積層高さが最も低い基準回路部材と当該座繰り部４２に対応する回路部材との積層高さの差Δｔに対して、０．７０×Δｔよりも浅い場合には、基準回路部材を十分に押圧することができないおそれがある。一方、座繰り押圧板４０における座繰り部４２の深さｈが、セラミックス基板１１の一方の面からの積層高さが最も低い基準回路部材と当該座繰り部４２に対応する回路部材との積層高さの差Δｔに対して、１．２５×Δｔよりも深い場合には、座繰り部４２に配設される回路部材２２を十分に押圧することができなくなるそれがある。
よって、本実施形態では、座繰り押圧板４０における座繰り部４２の深さｈを、セラミックス基板１１の一方の面からの積層高さが最も低い基準回路部材と当該座繰り部４２に対応する回路部材との積層高さの差Δｔに対して、０．７０×Δｔ≦ｈ≦１．２５×Δｔの範囲内に設定している。
【００４６】
また、第２座繰り押圧板５０における第２座繰り部５２の深さｈ２は、セラミックス基板１１の他方の面からの積層高さが最も低い基準金属部材（本実施形態では第２金属部材２３ｂ）と当該第２座繰り部５２に対応する金属部材（第１金属部材２３ａ）との積層高さの差Δｔ２に対して、０．７０×Δｔ２≦ｈ２≦１．２５×Δｔ２の範囲内とされている。
すなわち、第１金属部材２３ａに対応する第２座繰り部５２ａの深さｈ２ａは、第１金属部材２３ａと第２金属部材３２ｂとの積層高さの差Δｔ２ａ（＝ｔ２ａ−ｔ２ｂ）に対して、０．７０×Δｔ２ａ≦ｈ２ａ≦１．２５×Δｔ２ａの範囲内とされている。
【００４７】
ここで、第２座繰り押圧板５０における第２座繰り部５２の深さｈ２が、セラミックス基板１１の他方の面からの積層高さが最も低い基準金属部材と当該第２座繰り部５２に対応する金属部材との積層高さの差Δｔ２に対して、０．７０×Δｔ２よりも浅い場合には、基準金属部材を十分に押圧することができないおそれがある。一方、第２座繰り押圧板５０における第２座繰り部５２の深さｈ２が、セラミックス基板１１の他方の面からの積層高さが最も低い基準金属部材と当該第２座繰り部５２に対応する金属部材との積層高さの差Δｔ２に対して、１．２５×Δｔ２よりも深い場合には、第２座繰り部５２に配設される金属部材２３を十分に押圧することができなくなるそれがある。
よって、本実施形態では、第２座繰り押圧板５０における第２座繰り部５２の深さｈ２を、セラミックス基板１１の他方の面からの積層高さが最も低い基準金属部材と当該第２座繰り部５２に対応する金属部材との積層高さの差Δｔ２に対して、０．７０×Δｔ２≦ｈ２≦１．２５×Δｔ２の範囲内に設定している。
【００４８】
上述のように、複数の回路部材２２のセラミックス基板１１とは反対側の面に配設された座繰り押圧板４０と、複数の金属部材２３のセラミックス基板１１とは反対側の面に配設された第２座繰り押圧板５０と、を介して、積層方向に押圧しながら加熱し、セラミックス基板１１と回路部材２２とを接合して回路層１２を形成し、セラミックス基板１１と金属部材２３とを接合して金属層１３を形成する。
【００４９】
この接合工程Ｓ０２においては、雰囲気を真空雰囲気（１０−６Ｐａ以上１０−３Ｐａ以下の範囲内）とし、加圧荷重を３ｋｇｆ／ｃｍ２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ２以下の範囲内、加熱温度を６３０℃以上６４３℃以下の範囲内、保持時間を３０分以上３６０分以下の範囲内に設定した。
なお、第１回路部材２２ａのアルミニウム片２２ａａと銅片２２ａｃはそれぞれチタン材２８と固相拡散接合される。また、第１金属部材２３ａのアルミニウム片２３ａａと銅片２３ａｃはそれぞれチタン材２９と固相拡散接合される。
以上のようにして、本実施形態である絶縁回路基板１０が製造される。
【００５０】
（半導体素子接合工程Ｓ０３）
次に、回路層１２（第３回路部材２２ｃ）の一方の面に、はんだ材を介して半導体素子３を積層し、還元炉内においてはんだ接合する。
上記のようにして、本実施形態であるパワーモジュール１が製造される。
【００５１】
以上のような構成とされた本実施形態である絶縁回路基板１０の製造方法によれば、積層された複数の回路部材２２（第１回路部材２２ａ、第２回路部材２２ｂ、第３回路部材２２ｃ）のセラミックス基板１１とは反対側の面に、それぞれの回路部材２２の高さの違いに応じた座繰り部４２（４２ａ、４２ｃ）が形成された座繰り押圧板４０を配置してセラミックス基板１１と回路部材２２を積層方向に加圧しており、座繰り部４２の深さｈが、セラミックス基板１１の一方の面からの高さが最も低い基準回路部材（本実施形態では、第２回路部材２２ｂ）と当該座繰り部４２に対応する回路部材２２（第１回路部材２２ａ、第３回路部材２２ｃ）との高さの差Δｔに対して、０．７０×Δｔ≦ｈ≦１．２５×Δｔの範囲内とされているので、高さの異なる回路部材２２であっても、セラミックス基板１１側へと均一に押圧することが可能となる。よって、高さの異なる回路部材２２を確実にセラミックス基板１１の一方の面に接合することができる。
【００５２】
また、本実施形態である絶縁回路基板１０の製造方法によれば、積層された複数の金属部材２３（第１金属部材２３ａ、第２金属部材２３ｂ）のセラミックス基板１１とは反対側の面に、それぞれの金属部材２３の高さの違いに応じた第２座繰り部５２（５２ａ）が形成された第２座繰り押圧板５０を配置してセラミックス基板１１と金属部材２３を積層方向に加圧しており、第２座繰り部５２の深さｈ２が、セラミックス基板１１の他方の面からの高さが最も低い基準金属部材（本実施形態では、第２金属部材２３ｂ）と当該第２座繰り部５２に対応する金属部材２３（第１金属部材２３ａ）との高さの差Δｔ２に対して、０．７０×Δｔ２≦ｈ２≦１．２５×Δｔ２の範囲内とされているので、高さの異なる金属部材２３であっても、セラミックス基板１１側へと均一に押圧することが可能となる。よって、高さの異なる金属部材２３を確実にセラミックス基板１１の他方の面に接合することができる。
【００５３】
さらに、本実施形態である絶縁回路基板１０によれば、回路層１２が、セラミックス基板１１の一方の面からの高さが異なる複数の回路部材２２を備えているので、接合される被接合部材や接合方法に適した回路部材２２を適切に配置することができる。なお、回路部材２２を個別に接合して回路パターンを形成しているので、回路部材２２の材質を接合される被接合部材や接合方法に応じて選択することができる。
【００５４】
また、本実施形態である絶縁回路基板１０によれば、金属層１３がセラミックス基板１１の他方の面からの高さが異なる複数の金属部材２３を備えているので、接合される被接合部材や接合方法に適した金属部材２３を適切に配置することができる。なお、金属部材２３を個別に接合しているので、金属部材２３の材質を接合される被接合部材や接合方法に応じて選択することもができる。
【００５５】
＜第二の実施形態＞
図６に、本発明の第二の実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板１３０の製造方法によって製造されたヒートシンク付き絶縁回路基板１３０、及び、このヒートシンク付き絶縁回路基板１３０を用いたパワーモジュール１０１を示す。なお、第一の実施形態と同様の部材には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５６】
このパワーモジュール１０１は、ヒートシンク付き絶縁回路基板１３０と、このヒートシンク付き絶縁回路基板１３０の一方側（図６において上側）にはんだ層２を介して接合された半導体素子３と、を備えている。
また、ヒートシンク付き絶縁回路基板１３０は、絶縁回路基板１１０と、この絶縁回路基板１１０に接合されたヒートシンク１３１と、を備えている。
【００５７】
絶縁回路基板１１０は、図６に示すように、セラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面（図６において上面）に配設された回路層１１２と、セラミックス基板１１の他方の面（図６において下面）に配設された金属層１１３とを備えている。
【００５８】
回路層１１２は、セラミックス基板１１の一方の面に、導電性に優れた金属からなる回路部材１２２が接合されることにより形成されている。上述の回路部材１２２は、例えば、銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金等の圧延板やこれらのクラッド板等の金属板を打ち抜くことで得ることができる。
この回路層１１２においては、上述の回路部材１２２がパターン状に配置されることで回路パターンが形成されている。
【００５９】
そして、本実施形態においては、図６に示すように、回路層１１２は、高さが異なる複数の回路部材１２２（第１回路部材１２２ａ、第２回路部材１２２ｂ，第３回路部材１２２ｃ）によって構成されている。ここで、第１回路部材１２２ａは、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層１２２ａａと銅又は銅合金からなる銅層１２２ａｃのクラッド材とされており、第２回路部材１２２ｂ及び第３回路部材１２２ｃは、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されている。
ここで、本実施形態では、回路層１１２の厚さ（各回路部材１２２のセラミックス基板１１の一方の面からの高さ）は０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されている。また、図６に示すように、第２回路部材１２２ｂが、セラミックス基板１１の一方の面からの高さが最も低くなっている。
【００６０】
金属層１１３は、図８に示すように、セラミックス基板１１の他方の面（図８において下面）に、熱伝導性に優れた金属からなる金属部材１２３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、金属部材１２３は、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とされている。
ここで、本実施形態では、金属層１１３の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されている。
【００６１】
ヒートシンク１３１は、前述の絶縁回路基板１１０を冷却するためのものであり、本実施形態においては、熱伝導性が良好な材質で構成された放熱板とされ、例えば、銅や銅合金、アルミニウムやアルミニウム合金、炭化ケイ素にアルミニウムを含浸させたＡｌＳｉＣ等で構成されている。本実施形態においては、ヒートシンク１３１は、熱伝導性に優れたアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されている。
【００６２】
次に、本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板１３０の製造方法について、図７から図９を参照して説明する。
【００６３】
（積層工程Ｓ１０１）
まず、図８に示すように、セラミックス基板１１の一方の面（図８において上面）に、高さの異なる複数の回路部材１２２（第１回路部材１２２ａ、第２回路部材１２２ｂ、第３回路部材１２２ｃ）を積層する。これらの複数の回路部材１２２をパターン状に配列することで回路パターンが形成される。
このとき、本実施形態においては、セラミックス基板１１と回路部材１２２の間に、接合材としてＡｌ−Ｓｉ系のろう材箔１２６を積層した。
【００６４】
本実施形態では、図９に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に積層された状態で、第２回路部材１２２ｂのセラミックス基板１１の一方の面からの積層高さｔｂが、第１回路部材１２２ａのセラミックス基板１１の一方の面からの積層高さｔａ及び第３回路部材１２２ｃのセラミックス基板１１の一方の面からの積層高さｔｃよりも低くなっており、この第２回路部材１２２ｂが基準回路部材とされる。なお、これらの各回路部材１２２の積層高さは、接合材等（図９においては、ろう材箔１２６）を含めた高さとなる。
【００６５】
また、図８に示すように、セラミックス基板１１の他方の面（図８において下面）に、金属部材１２３を積層する。このとき、本実施形態においては、セラミックス基板１１と金属部材１２３の間に、接合材としてＡｌ−Ｓｉ系のろう材箔１２７を積層した。
さらに、図８に示すように、金属部材１２３のセラミックス基板１１とは反対側の面に、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材箔１２８を介してヒートシンク１３１を積層した。
【００６６】
（接合工程Ｓ１０２）
次に、図８及び図９に示すように、積層された複数の回路部材１２２のセラミックス基板１１とは反対側の面に、それぞれの回路部材１２２の積層高さの違いに応じた座繰り部１４２ａ、１４２ｃが形成された座繰り押圧板１４０を配置する。
また、積層されたヒートシンク１３１の金属部材１２３とは反対側の面に、押圧板１５０を配置する。
【００６７】
ここで、座繰り押圧板１４０における座繰り部１４２ａ、１４２ｃの深さｈは、セラミックス基板１１の一方の面からの積層高さが最も低い基準回路部材（本実施形態では第２回路部材１２２ｂ）と当該座繰り部１４２ａ、１４２ｃに対応する回路部材（第１回路部材１２２ａ、第３回路部材１２２ｃ）との積層高さの差Δｔに対して、０．７０×Δｔ≦ｈ≦１．２５×Δｔの範囲内とされている。
すなわち、第１回路部材１２２ａに対応する座繰り部１４２ａの深さｈａは、第１回路部材１２２ａと第２回路部材１２２ｂとの積層高さの差Δｔａ（＝ｔａ−ｔｂ）に対して、０．７０×Δｔａ≦ｈａ≦１．２５×Δｔａの範囲内とされ、第３回路部材１２２ｃに対応する座繰り部１４２ｃの深さｈｃは、第３回路部材１２２ｃと第２回路部材１２２ｂとの積層高さの差Δｔｃ（＝ｔｃ−ｔｂ）に対して、０．７０×Δｔｃ≦ｈｃ≦１．２５×Δｔｃの範囲内とされている。
【００６８】
上述のように、複数の回路部材１２２のセラミックス基板１１とは反対側の面に配設された座繰り押圧板１４０と、積層されたヒートシンク１３１の金属部材１２３とは反対側の面配設された押圧板１５０と、を介して、積層方向に押圧しながら加熱し、セラミックス基板１１と回路部材１２２とを接合して回路層１１２を形成し、セラミックス基板１１と金属部材１２３とを接合して金属層１１３を形成する。また、金属層１１３とヒートシンク１３１とを接合する。
【００６９】
この接合工程Ｓ１０２においては、雰囲気を真空雰囲気（１０−６Ｐａ以上１０−３Ｐａ以下の範囲内）とし、加圧荷重を０．１ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下の範囲内、加熱温度を６００℃以上６４３℃以下の範囲内、保持時間を３０分以上１５０分以下の範囲内に設定した。
以上のようにして、本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板１３０が製造される。
【００７０】
（半導体素子接合工程Ｓ１０３）
次に、回路層１１２（第３回路部材１２２ｃ）の一方の面に、はんだ材を介して半導体素子３を積層し、還元炉内においてはんだ接合する。
上記のようにして、本実施形態であるパワーモジュール１０１が製造される。
【００７１】
以上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き絶縁回路基板１３０の製造方法によれば、積層された複数の回路部材１２２のセラミックス基板１１とは反対側の面に、それぞれの回路部材１２２の高さの違いに応じた座繰り部１４２が形成された座繰り押圧板１４０を配置してセラミックス基板１１と回路部材１２２を積層方向に加圧しており、座繰り部１４２の深さｈが、セラミックス基板１１の一方の面からの高さが最も低い基準回路部材と当該座繰り部４２に対応する回路部材１２２との高さの差Δｔに対して、０．７０×Δｔ≦ｈ≦１．２５×Δｔの範囲内とされているので、高さの異なる回路部材１２２であっても、セラミックス基板１１側へと均一に押圧することが可能となる。よって、高さの異なる回路部材１２２を確実にセラミックス基板１１の一方の面に接合することができる。
また、セラミックス基板１１の一方の面側に高さの異なる回路部材１２２が積層配置されていても、座繰り押圧板１４０によって高さの異なる回路部材１２２が均一に押圧されているので、ヒートシンク１３１も均一に押圧されることになり、セラミックス基板１１の他方の面側にヒートシンク１３１を確実に接合することができる。
【００７２】
また、本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板１３０によれば、回路層１１２がセラミックス基板１１の一方の面からの高さが異なる複数の回路部材１２２を備えているので、接合される被接合部材や接合方法に適した回路部材１２２を適切に配置することができる。なお、回路部材１２２を個別に接合して回路パターンを形成しているので、回路部材１２２の材質を接合される被接合部材や接合方法に応じて選択することができる。
【００７３】
＜第三の実施形態＞
図１０に、本発明の第三の実施形態である絶縁回路基板の積層構造体の製造方法によって製造された絶縁回路基板の積層構造体を示す。なお、第一の実施形態及び第二の実施形態と同様の部材には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
本実施形態である絶縁回路基板の積層構造体２０１は、図１０に示すように、第１絶縁回路基板２１０と第２絶縁回路基板２２０とが高さ方向に積層された構造とされている。
【００７４】
第１絶縁回路基板２１０は、図１０に示すように、第１セラミックス基板２１１と、この第１セラミックス基板２１１の一方の面（図１０において上面）に配設された第１回路層２１２と、第１セラミックス基板２１１の他方の面（図１０において下面）に配設された第１金属層２１３とを備えている。
第１セラミックス基板２１１は、第１回路層２１２と第１金属層２１３との間の電気的接続を防止するものであって、本実施形態では、絶縁性の高い窒化アルミニウムで構成されている。
ここで、本実施形態では、第１セラミックス基板２１１の厚さは、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内に設定されている。
【００７５】
第１回路層２１２は、第１セラミックス基板２１１の一方の面に、導電性に優れた金属からなる回路部材が接合されることにより形成されている。上述の回路部材は、例えば、銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金等の圧延板やこれらのクラッド板等の金属板を打ち抜くことで得ることができる。本実施形態においては、第１回路層２１２は、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されている。
この第１回路層２１２においては、上述の回路部材がパターン状に配置されることで回路パターンが形成されている。
【００７６】
第１金属層２１３は、第１セラミックス基板２１１の他方の面（図１０において下面）に、熱伝導性に優れた金属からなる金属部材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、金属部材は、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とされている。また、本実施形態においては、第１金属層２１３の第１セラミックス基板２１１とは反対側の面には、銅層２１４が形成されている。
ここで、本実施形態では、第１金属層２１３の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されている。
【００７７】
第２絶縁回路基板２２０は、図１０に示すように、第２セラミックス基板２２１と、この第２セラミックス基板２２１の一方の面（図１０において上面）に配設された第２回路層２２２と、第２セラミックス基板２２１の他方の面（図１０において下面）に配設された第２金属層２２３とを備えている。
第２セラミックス基板２２１は、第２回路層２２２と第２金属層２２３との間の電気的接続を防止するものであって、本実施形態では、絶縁性の高い窒化アルミニウムで構成されている。
ここで、本実施形態では、第２セラミックス基板２２１の厚さは、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内に設定されている。
【００７８】
第２回路層２２２は、第２セラミックス基板２２１の一方の面に、導電性に優れた金属からなる回路部材が接合されることにより形成されている。上述の回路部材は、例えば、銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金等の圧延板やこれらのクラッド板等の金属板を打ち抜くことで得ることができる。本実施形態においては、第２回路層２２２は、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されている。
この第２回路層２２２においては、上述の回路部材がパターン状に配置されることで回路パターンが形成されている。
また、本実施形態においては、図１０に示すように、パターン状に形成された第２回路層２２２の一部に、銅層２２５が形成されている。
【００７９】
第２金属層２２３は、第２セラミックス基板２２１の他方の面（図１０において下面）に、熱伝導性に優れた金属からなる金属部材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、金属部材は、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とされている。
ここで、本実施形態では、第２金属層２２３の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されている。
【００８０】
そして、本実施形態の絶縁回路基板の積層構造体２０１においては、図１０に示すように、第１絶縁回路基板２１０の第１回路層２１２の一部に、第２絶縁回路基板２２０が積層されている。
このため、図１０に示すように、第１絶縁回路基板２１０の第１セラミックス基板２１１の一方の面からの高さが異なっている。ここで、第１回路層２１２が、第１セラミックス基板２１１の一方の面からの高さが最も低くなっている。
なお、本実施形態においては、図１０に示すように、第１絶縁回路基板２１０の第１回路層２１２と第２絶縁回路基板２２０の第２金属層２２３との間に、銅層２２７が形成されている。
【００８１】
次に、本実施形態である絶縁回路基板の積層構造体２０１の製造方法について、図１１から図１３を参照して説明する。
【００８２】
（積層工程Ｓ２０１）
まず、図１２に示すように、第１絶縁回路基板２１０の第１回路層２１２の一方の面（図１２において上面）に、銅板２３７を介して、第２絶縁回路基板２２０を積層する。
また、第１絶縁回路基板２１０の第１金属層２１３の他方の面（図１２において下面）に銅板２３４を積層する。
さらに、第２絶縁回路基板２２０の第２回路層２２２の一方の面に銅板２３５を積層する。
【００８３】
本実施形態では、図１３に示すように、第１絶縁回路基板２１０の第１回路層２１２の一方の面に第２絶縁回路基板２２０が積層された状態で、第１回路層２１２の第１セラミックス基板２１１の一方の面からの積層高さｔｃが、第２絶縁回路基板２２０の第２回路層２２２及び銅板２３５の第１セラミックス基板２１１の一方の面からの積層高さｔａ及び第２絶縁回路基板２２０の第２回路層２２２の第１セラミックス基板２１１の一方の面からの積層高さｔｂよりも低くなっており、第１回路層２１２の第１セラミックス基板２１１の一方の面からの積層高さｔｃが基準高さとされる。
【００８４】
（接合工程Ｓ２０２）
次に、図１２及び図１３に示すように、積層された第２絶縁回路基板２２０及び第１回路層２１２の第１セラミックス基板２１１とは反対側の面に、それぞれの積層高さの違いに応じた座繰り部２４２ａ、２４２ｂが形成された座繰り押圧板２４０を配置する。
また、第１絶縁回路基板２１０の第１金属層２１３に積層された銅板２３４の他方の面に、押圧板２５０を配置する。
【００８５】
ここで、座繰り押圧板２４０における座繰り部２４２ａ、２４２ｂの深さｈは、第１セラミックス基板２１１の一方の面からの積層高さが最も低い基準高さと当該座繰り部２４２ａ、２４２ｂに対応する部材（第２絶縁回路基板２２０の第２回路層２２２及び銅板２３５、第２絶縁回路基板２２０の第２回路層２２２）との積層高さの差Δｔに対して、０．７０×Δｔ≦ｈ≦１．２５×Δｔの範囲内とされている。
すなわち、第２絶縁回路基板２２０の第２回路層２２２及び銅板２３５に対応する座繰り部２４２ａの深さｈａは、第２絶縁回路基板２２０の第２回路層２２２及び銅板２３５の積層高さと基準高さとの差Δｔａ（＝ｔａ−ｔｃ）に対して、０．７０×Δｔａ≦ｈａ≦１．２５×Δｔａの範囲内とされ、第２絶縁回路基板２２０の第２回路層２２２に対応する座繰り部２４２ｂの深さｈｂは、第２絶縁回路基板２２０の第２回路層２２２と基準高さの差Δｔｃ（＝ｔｃ−ｔｂ）に対して、０．７０×Δｔｃ≦ｈｃ≦１．２５×Δｔｃの範囲内とされている。
【００８６】
上述のように、積層された第２絶縁回路基板２２０及び第１回路層２１２の第１セラミックス基板２１１とは反対側の面に、それぞれの積層高さの違いに応じた座繰り部２４２ａ、２４２ｂが形成された座繰り押圧板２４０と、第１絶縁回路基板２１０の第１金属層２１３に積層された銅板２３４の他方の面に配設された押圧板２５０と、を介して、積層方向に押圧しながら加熱し、第１絶縁回路基板２１０の第１回路層２１２と銅板２３７及び銅板２３７と第２絶縁回路基板２２０の第２金属層２２３とが固相拡散接合され、第１絶縁回路基板２１０と第２絶縁回路基板２２０が積層される。また、第２回路層２２２の一方の面に銅板２３５が固相拡散接合されて銅層２２５が形成される。さらに、第１金属層２１３の他方の面に銅板２３４が固相拡散接合されて銅層２１４が形成される。
【００８７】
この接合工程Ｓ２０２においては、雰囲気を真空雰囲気（１０−６Ｐａ以上１０−３Ｐａ以下の範囲内）とし、加圧荷重を０．５ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下の範囲内、加熱温度を４００℃以上５４８℃未満の範囲内、保持時間を５分以上２４０分以下の範囲内に設定した。
以上のようにして、本実施形態である絶縁回路基板の積層構造体２０１が製造される。
【００８８】
以上のような構成とされた本実施形態である絶縁回路基板の積層構造体２０１の製造方法によれば、第１絶縁回路基板２１０の第１回路層２１２の一方の面に積層された第２絶縁回路基板２２０とは反対側の面に、第１絶縁回路基板２１０の第１セラミックス基板２１１の一方の面からの積層高さの違いに応じた座繰り部２４２が形成された座繰り押圧板２４０を配置して第１絶縁回路基板２１０と第２絶縁回路基板２２０を積層方向に加圧しており、座繰り部２４２の深さｈが、第１セラミックス基板２１１の一方の面からの高さが最も低い基準高さと当該座繰り部２４２に対応する部材との高さの差Δｔに対して、０．７０×Δｔ≦ｈ≦１．２５×Δｔの範囲内とされているので、第１絶縁回路基板２１０の第１セラミックス基板２１１に対して局所的に押圧力が負荷されることがなく、第１絶縁回路基板２１０の第１回路層２１２の上に第２絶縁回路基板２２０を確実に積層して接合することができる。
【００８９】
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。
【００９０】
例えば、本実施形態では、絶縁回路基板の回路層に半導体素子を搭載してパワーモジュールを構成するものとして説明したが、これに限定されることはない。例えば、絶縁回路基板にＬＥＤ素子を搭載してＬＥＤモジュールを構成してもよいし、絶縁回路基板の回路層に熱電素子を搭載して熱電モジュールを構成してもよい。
【００９１】
また、本実施形態では、セラミックス基板の他方の面に金属層を形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、金属層を形成せずに、セラミックス基板の一方の面に回路層のみを形成した絶縁回路基板であってもよい。
さらに、ヒートシンクの材質や構造は、本実施形態に限定されることなく、適宜設計変更してもよい。
【００９２】
また、第一の実施形態では、高さの異なる金属層を形成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、金属層の高さを均一としてもよく、金属層にヒートシンクを別途接合してもよい。
さらに、第二の実施形態では、ヒートシンクを一括し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、ヒートシンクを別途接合してもよい。
【実施例】
【００９３】
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。
【００９４】
ＡｌＮからなるセラミックス基板（４０ｍｍ×４５ｍｍ×０．６３５ｍｍｔ）の一方の面に、Ａｌ−７ｍａｓｓ％Ｓｉ合金からなるろう材箔（厚さ１０μｍ）を介して、純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のアルミニウム（４Ｎアルミニウム）からなる複数の回路部材（３０ｍｍ×１５ｍｍ）を、図１４に示すように配設した。ここで、回路部材のセラミックス基板の一方の面からの積層高さ（回路部材及びろう材箔の合計高さ）を表１に示す。
また、セラミックス基板の一方の面に、Ａｌ−７ｍａｓｓ％Ｓｉ合金からなるろう材箔（厚さ１０μｍ）を介して、純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のアルミニウム（４Ｎアルミニウム）からなるアルミニウム板（３０ｍｍ×３５ｍｍ×０．９ｍｍｔ）を積層し、積層体を得た。
【００９５】
そして、回路部材のセラミックス基板とは反対側の面に、表１に示す座繰り部を形成した座繰り押圧板を配設するとともに、金属部材のセラミックス基板とは反対側の面に押圧板を配設し、真空条件下（５×１０−４Ｐａ）において、上述の積層体を積層方向に加圧した状態で加熱した。接合条件は、加圧荷重を０．５ＭＰａ、加熱温度を６４５℃、加熱温度での保持時間を３０分とした。
このようにして本発明例及び比較例の絶縁回路基板を得た。
一方、回路部材のセラミックス基板とは反対側の面に、座繰り部を形成していない押圧板を配設して積層体を積層方向に加圧した状態で加熱し、従来例の絶縁回路基板を得た。なお、接合条件は本発明例及び比較例と同様とした。
【００９６】
得られた絶縁回路基板について、セラミックス基板と回路層、及び、セラミックス基板と金属層の接合率を以下のように評価した。
接合率の評価は、絶縁回路基板に対し、超音波探傷装置（株式会社日立パワーソリューションズ製ＦｉｎｅＳＡＴ２００）を用いて評価し、以下の式から接合率を算出した。
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、すなわち本実施例では回路層及び金属層の面積（３０ｍｍ×３５ｍｍ）とした。
（接合率）＝｛（初期接合面積）−（剥離面積）｝／（初期接合面積）
超音波探傷像を二値化処理した画像において剥離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剥離面積とした。
【００９７】
【表１】
2019087586.tif 000003
【００９８】
第１回路部材と第２回路部材との積層高さの差Δｔに対して、座繰り部の深さｈが０．３８×Δｔとされた比較例１、及び、０．５５×Δｔとされた比較例２においては、第２回路部材しか加圧されず、回路層及び金属層の接合率が不十分であった。
【００９９】
第１回路部材と第２回路部材との積層高さの差Δｔに対して、座繰り部の深さｈが１．５０×Δｔとされた比較例３、及び、１．７５×Δｔとされた比較例４においては、第１回路部材しか加圧されず、回路層及び金属層の接合率が不十分であった。
【０１００】
押圧板に対して座繰り部を形成しなかった従来例においては、第２回路部材しか加圧されず、回路層及び金属層の接合率が不十分であった。
【０１０１】
これに対して、第１回路部材と第２回路部材との積層高さの差Δｔに対して、座繰り部の深さｈが０．７０×Δｔ≦ｈ≦１．２５×Δｔの範囲内とされた本発明例１−８においては、第１回路部材及び第２回路部材が十分に押圧されており、回路層及び金属層の接合率が高くなった。
【０１０２】
以上のことから、本発明例によれば、高さが異なる複数の回路部材であっても、セラミックス基板に良好に接合することが可能であることが確認された。
【符号の説明】
【０１０３】
１０，１１０  絶縁回路基板
１１  セラミックス基板
１２  回路層
１３  金属層
２２，１２２  回路部材
２３，１２３  金属部材
４０，１４０，２４０  座繰り押圧板
４２，１４２，２４２  座繰り部
５０  第２座繰り押圧板
５２  第２座繰り部
１３１  ヒートシンク
２０１  絶縁回路基板の積層構造体
２１０  第１絶縁回路基板
２１１  第１セラミックス基板
２１２  第１回路層
２２０  第２絶縁回路基板
【図１】
2019087586.tif 000004
【図２】
2019087586.tif 000005
【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】
2019087586.tif 000010
【図８】
2019087586.tif 000011
【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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