(57)【要約】【課題】パワーモジュール用基板とフィン一体型ヒートシンクとの接合時に生じる反りを低減できるとともに、フィン一体型ヒートシンクと各種機器の構造部材とを密着させて保持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。【解決手段】ろう付け工程において、一対の加圧板１１０Ａ，１１０Ｂは、回路層１２の表面を押圧する曲面状の凸面１１０ａを有する上側加圧板１１０Ａと、ヒートシンク２０のピン状フィン２２の先端を押圧する曲面状の凹面１１０ｂを有する下側加圧板１１０Ｂとからなり、その下側加圧板１１０Ｂの周縁部には、冷却時に板状部材２１の周縁部の下面を受ける平坦面を有する受け部１０１が設けられている。【選択図】      図３
2015153925.tif 000002
【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回路層が配設され、前記セラミックス基板の他方の面に金属層が配設されてなるパワーモジュール用基板を、板状部材の周縁部を除く中央部の表面に複数のフィンが立設されたフィン一体型のヒートシンクに接合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であって、前記パワーモジュール用基板の前記金属層に前記ヒートシンクを重ねて配置した積層体を一対の加圧板の間に挟んで積層方向に加圧しながら加熱することにより、前記パワーモジュール用基板と前記ヒートシンクとをろう付けするろう付け工程を有し、前記ろう付け工程において、前記一対の加圧板は、前記回路層表面を押圧する曲面状の凸面を有する上側加圧板と、前記ヒートシンクの前記フィンの先端を押圧する曲面状の凹面を有する下側加圧板とからなり、該下側加圧板の周縁部には、冷却時に前記板状部材の周縁部の下面を受ける平坦面を有する受け部が設けられ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】
前記上側加圧板の周縁部には、前記受け部の平坦面と対向する平坦面を有する押さえ部が設けられており、前記押さえ部の平坦面は、前記ろう付け工程の冷却時において変形する前記板状部材の周縁部の上面を受ける構成とされていることを特徴とする請求項１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】
本発明は、大電流、高電圧を制御する半導体装置に用いられ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関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュールとして、窒化アルミニウムを始めとするセラミックス基板の一方の面にアルミニウム板が接合されるとともに、他方の面にアルミニウム板を介してアルミニウム系のヒートシンクが接合されたヒートシンク付パワーモジュール用基板が用いられている。
【０００３】
従来、ヒートシンク付パワーモジュール用基板は、次のように製造されてきた。
まず、セラミックス基板表面に、セラミックス基板とアルミニウム板との接合に適するろう材を介して、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を積層し、所定の圧力で加圧しながら、ろう材が溶融する温度以上まで加熱し冷却することにより、セラミックス基板と両面のアルミニウム板とを接合してパワーモジュール用基板を製造する。
【０００４】
次に、パワーモジュール用基板の他方の面側のアルミニウム板に、そのアルミニウム板とヒートシンクとの接合に適するろう材を介してヒートシンクを積層し、所定の圧力で加圧しながら、ろう材が溶融する温度以上まで加熱し冷却する。これにより、アルミニウム板とヒートシンクとを接合してヒートシンク付パワーモジュール用基板を製造することができる。
また、このように構成されるヒートシンク付パワーモジュール用基板の一方の面側に接合されたアルミニウム板は、回路層として形成され、この回路層上にはんだ材を介してパワー素子等の電子部品が搭載される。
【０００５】
ところが、セラミックス基板とアルミニウム板のような熱膨張係数の異なる部材の接合においては、接合後の冷却時における熱収縮により反りが発生する。このように、ヒートシンク付パワーモジュール用基板に反りが生じた場合には、電子部品を回路層へはんだ付けする際に、はんだや電子部品の位置ずれを引き起こしやすい。また、電子部品自体の破壊や熱サイクルによるはんだ接合部や基板の信頼性の低下を招くおそれがある。
【０００６】
そこで、このような反りの対策として、特許文献１では、パワーモジュール用基板（金属‐セラミックス接合基板）とヒートシンク（放熱器）とをろう付けする際に、ヒートシンクの他方の面に、凹のＲ面を有する治具を突き合わせて配置し、金属回路板の他方の面に、その金属回路板側に突出する凸のＲ面を有する治具を接触させ、これら一対の治具でパワーモジュール用基板とヒートシンクとを加圧しながら加熱接合することとしており、接合後のヒートシンク付パワーモジュール用基板（放熱器一体型基板）の反り量を低減することが記載されている。
【０００７】
一方、例えば特許文献２に示されるように、板状部材に複数のフィンを立設させたフィン一体型ヒートシンクにおいては、フィンが立設される板状部材の周縁部を各種機器の構造部材に密着させた状態で取り付けられる。このため、フィン一体型ヒートシンクにおいては、パワーモジュールとしての要求仕様を満たすための反りを低減することが求められるとともに、周縁部が各種機器の構造部材への取り付け部とされることから、周縁部と構造部材との密封性を確保するために、周縁部を平面で形成することが必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３‐１９７２４６号公報
【特許文献２】特開２０１２‐２２７３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載されるように、パワーモジュール用基板とヒートシンクとをＲ面を有する治具で挟んで加圧しながら加熱接合することにより、反り量を低減することはできるが、ヒートシンクがパワーモジュール用基板よりも大きい場合、ヒートシンクの周縁部は治具によって加圧されないので、ヒートシンクの上部と下部との熱収縮差により変形が生じ、周縁部を平面に維持することができなくなる。このため、パワーモジュール用基板とヒートシンクとの接合後に、別工程を設けてヒートシンクの周縁部を平面に矯正する必要があった。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、パワーモジュール用基板とフィン一体型ヒートシンクとの接合時に生じる反りを低減できるとともに、フィン一体型ヒートシンクと各種機器の構造部材とを密着させて保持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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、セラミックス基板の一方の面に回路層が配設され、前記セラミックス基板の他方の面に金属層が配設されてなるパワーモジュール用基板を、板状部材の周縁部を除く中央部の表面に複数のフィンが立設されたフィン一体型のヒートシンクに接合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であって、前記パワーモジュール用基板の前記金属層に前記ヒートシンクを重ねて配置した積層体を一対の加圧板の間に挟んで積層方向に加圧しながら加熱することにより、前記パワーモジュール用基板と前記ヒートシンクとをろう付けするろう付け工程を有し、前記ろう付け工程において、前記一対の加圧板は、前記回路層表面を押圧する曲面状の凸面を有する上側加圧板と、前記ヒートシンクの前記フィンの先端を押圧する曲面状の凹面を有する下側加圧板とからなり、該下側加圧板の周縁部には、冷却時に前記板状部材の周縁部の下面を受ける平坦面を有する受け部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
通常の接合時においては、パワーモジュール用基板とヒートシンクとの熱膨張差により、回路層を上側として凸状の反りが発生する。この点、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においては、ヒートシンクとパワーモジュール用基板との接合時において、ヒートシンクとパワーモジュール用基板との積層体を、曲面状の凸面又は凹面を有する一対の加圧板で挟持することとしているので、その挟持した部分では積層方向の回路層側を上側とする凹状の反りを生じさせることができる。
そして、これらヒートシンクとパワーモジュール用基板との積層体をろう材が溶融する温度以上で所定時間保持した後に冷却することで、ヒートシンクとパワーモジュール用基板とを、接合面において凹状に沿った形状でろう材を固めることができ、積層方向の加圧状態を解放した後も、回路層を上側として凹状に反る、あるいは凸状でも反り量が小さい接合体が得られる。
また、冷却時において、金属層とヒートシンクとの接合面から延出して設けられるヒートシンクの周縁部について何らの拘束も行わない場合には、図６に示す従来のヒートシンク付パワーモジュール用基板１Ａのように、ヒートシンク２０の周縁部２１が下側に曲がる変形が生じる。これは、ヒートシンク２０の上側にパワーモジュール用基板１０が接合されることにより、ヒートシンク２０の上面２０ａ側と下面２０ｂ側とで熱伸縮差が生じ、ヒートシンク２０の下面２０ｂ側がより変形しやすくなるためである。
この点、本発明においては、ヒートシンクの周縁部の下面を受け部により支えて補助することで、冷却に伴う熱収縮による変形が生じることを防止することができ、周縁部の平面状態を良好に維持することができる。
なお、ヒートシンクとパワーモジュール用基板との接合時においては、周縁部が外部の負荷によって変形させられることがないように、受け部は、加熱時にヒートシンクの板状部材の周縁部と接触しない寸法設定とすることが好ましい。
したがって、パワーモジュール用基板とヒートシンクとの接合時に生じる反りを低減でき、素子はんだ付け工程における作業性を向上することができるとともに、ヒートシンクの周縁部を平面状態に維持できることから、ヒートシンク付パワーモジュール用基板と各種機器の構造部材とを密着させて取り付けることができ、良好に保持することができる。
【００１３】
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において、前記上側加圧板の周縁部には、前記受け部の平坦面と対向する平坦面を有する押さえ部が設けられており、前記押さえ部の平坦面は、前記ろう付け工程の冷却時において変形する前記板状部材の周縁部の上面を受ける構成とされているとよい。
押さえ部が設けられていることにより、冷却時にヒートシンクの周縁部の端部が上側に向かう反りが発生したとしても、押さえ部と接触することによってヒートシンクの周縁部の変形を抑制することができる。また、複数のヒートシンク付パワーモジュール用基板におけるヒートシンクの周縁部の変形量のばらつきを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、パワーモジュール用基板とフィン一体型ヒートシンクとの接合時に生じる反りを低減して、パワーモジュール製造時の作業性を向上させることができるとともに、フィン一体型ヒートシンクと各種機器の構造部材とを密着させて良好な放熱性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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断面図である。
【図２】本発明に係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説明する断面図であり、（ａ）がパワーモジュール用基板とヒートシンクとの接合前、（ｂ）が接合後の状態を示す。
【図３】本発明に係る第１実施形態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用いる治具を説明する側面図である。
【図４】本発明に係る第２実施形態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用いる治具を説明する側面図である。
【図５】パワーモジュールの水冷ボックスへの取り付け例を示す分解斜視図である。
【図６】従来の方法により製造されるヒートシンク付パワーモジュール用基板の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明に係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り製造されるヒートシンク付パワーモジュール用基板１は、図１に示すように、パワーモジュール用基板１０に、複数のフィンが立設されたフィン一体型のヒートシンク２０が接合されたものであり、本実施形態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、まず図２（ａ）に示すようにパワーモジュール用基板１０を製造し、このパワーモジュール用基板１０とヒートシンク２０とをろう付けすることにより、図２（ｂ）に示すようなヒートシンク付パワーモジュール用基板１を製造する。
【００１７】
そして、このように製造されるヒートシンク付パワーモジュール用基板１の表面に半導体チップ等の電子部品３０が搭載されることにより、パワーモジュール１００が製造される。
なお、フィン一体型のヒートシンク２０を備えるパワーモジュール１００は、例えば図５に示すような冷却ボックス４０に取り付けられた状態で使用される。この冷却ボックス４０は、ヒートシンク２０のピン状フィン２２を内部に挿入状態として取り付けるための開口部４１が形成されるとともに、その開口部４１の周囲を囲むようにパッキン収容溝４２が形成されている。そして、パッキン収容溝４２の外側にねじ穴４３が形成されており、ヒートシンク２０をピン状フィン２２が下方を向くように配置することにより開口部４１内に挿入し、板状部材２１の周縁部を開口部４１の周囲にパッキン５０を介して密接させ、ねじ止めにより固定する構成とされる。
図示例では、２個のヒートシンク付パワーモジュール用基板１が取り付けられるようになっており、白抜き矢印で示すように、冷却ボックス４０の内部に冷却媒体が流通して、挿入状態のピン状フィン２２を冷却するようになっている。
【００１８】
ヒートシンク付パワーモジュール用基板１０を構成するパワーモジュール用基板１０は、セラミックス基板１１と、セラミックス基板１１の一方の面に積層された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面に積層された金属層１３とを備える。そして、パワーモジュール用基板１０の回路層１２の表面に電子部品３０がはんだ付けされ、金属層１３の表面にヒートシンク２０が取り付けられるものである。
【００１９】
セラミックス基板１１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により形成され、本実施形態ではＡｌＮを用いた。また、セラミックス基板１１の厚さは０．２〜１．５ｍｍ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。
【００２０】
回路層１２は、純度９９質量％以上のアルミニウムが用いられ、ＪＩＳ規格では１０００番台のアルミニウム、特に１Ｎ９０（純度９９．９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。また、回路層１２には、アルミニウム以外にもアルミニウム合金や、銅又は銅合金を用いることもできる。
金属層１３は、純度９９質量％以上のアルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ、ＪＩＳ規格では１０００番台のアルミニウム、特に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。
本実施形態においては、回路層１２及び金属層１３は、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）の圧延板からなるアルミニウム板とされ、その厚さは０．２ｍｍ〜３．０ｍｍに設定されており、回路層１２が０．６ｍｍ、金属層１３が２．１ｍｍの厚さとされている。
【００２１】
そして、これら回路層１２及び金属層１３とセラミックス基板１１とは、例えばろう付けにより接合される。ろう材としては、Ａｌ‐Ｓｉ系、Ａｌ‐Ｇｅ系、Ａｌ‐Ｃｕ系、Ａｌ‐Ｍｇ系又はＡｌ‐Ｍｎ系等の合金が使用される。
【００２２】
なお、パワーモジュール１００を構成する電子部品３０は、回路層１２の表面に形成されたＮｉめっき（不図示）上に、Ｓｎ‐Ａｇ‐Ｃｕ系、Ｚｎ‐Ａｌ系、Ｓｎ‐Ａｇ系、Ｓｎ‐Ｃｕ系、Ｓｎ‐Ｓｂ系もしくはＰｂ‐Ｓｎ系等のはんだ材を用いて接合される。図１中の符号３１が、そのはんだ接合層を示す。また、電子部品３０と回路層１２の端子部との間は、アルミニウムからなるボンディングワイヤ（不図示）により接続される。
【００２３】
また、パワーモジュール用基板１０に接合されるヒートシンク２０は、アルミニウム、銅、アルミニウム合金、銅合金、又はＡｌＳｉＣ系複合材料等により形成され、図１及び図２に示すように、板状部材２１の一面側に、パワーモジュール用基板１０が接合される平面状の上面２０ａが形成されるとともに、その上面２０ａと反対側の下面２０ｂに、複数のピン状フィン２２が立設されたフィン一体型のヒートシンクである。また、ピン状フィン２２は、下面２０ｂの周縁部を除く中央部に立設されており、各ピン状フィン２２の先端位置は水平面上に揃えられ、下面２０ｂの表面からほぼ等しい立設高さとなるように形成されている。また、板状部材２１の周縁部には、例えば図５に示すように、冷却ボックス４０等の各種機器への取り付けの際にねじ止めを行うための貫通孔２３が形成されている。
なお、ヒートシンク２０に立設されるフィンの形状は特に限定されるものではなく、本実施形態のようなピン状フィン２２の他、帯板状のフィン等を形成することもできる。
【００２４】
次に、本発明の第１実施形態に係るヒートシンク付パワーモジュール用基板１の製造方法を説明する。
まず、回路層１２及び金属層１３として、それぞれ９９．９９質量％以上の純アルミニウム圧延板を準備し、これらの純アルミニウム圧延板を、セラミックス基板１１の一方の面及び他方の面にそれぞれろう材を介して積層し、加圧・加熱することによって、セラミックス基板１１の一方の面及び他方の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１０を製造する。なお、このろう付け温度は、６００℃〜６５５℃に設定される。
【００２５】
このように構成されたパワーモジュール用基板１０にヒートシンク２０を接合するには、まず、図３に示すように、一対の加圧板１１０Ａ，１１０Ｂとその四隅に設けられた支柱１１１によって構成された治具１１２を用いて、加圧板１１０Ａ，１１０Ｂ間にヒートシンク２０及びパワーモジュール用基板１０を積層し、これらのろう付けを行う（ろう付け工程）。
【００２６】
治具１１２の一対の加圧板１１０Ａ，１１０Ｂは、ステンレス鋼材の表面にカーボン板が積層されたものであり、パワーモジュール用基板１０の回路層１２表面を押圧する曲面状の凸面１１０ａを有する上側加圧板１１０Ａと、ヒートシンク２０のピン状フィン２２の先端を押圧する曲面状の凹面１１０ｂを有する下側加圧板１１０Ｂとからなり、これら加圧板１１０Ａ，１１０Ｂの対向する凸面１１０ａ及び凹面１１０ｂが、ヒートシンク２０のパワーモジュール用基板１０との接合面を凹状とするような曲率半径Ｒが５００ｍｍ以上６０００ｍｍ以下とされる曲面を有する凹面又は凸面に形成されている。また、下側加圧板１１０Ｂの周縁部には、ヒートシンク２０のピン状フィン２２の周囲を囲むようにして、冷却時にヒートシンク２０（板状部材２１）の周縁部の下面を受ける平坦面を有する受け部１０１が設けられている。
【００２７】
そして、支柱１１１の両端には螺子が切られており、加圧板１１０Ａ，１１０Ｂを挟むようにナット１１３が締結されている。また、支柱１１１に支持された天板１１４と上側加圧板１１０Ａと間に、その上側加圧板１１０Ａを下方に付勢するばね等の付勢手段１１５が備えられており、加圧力は、この付勢手段１１５とナット１１３の締付けによって調整される。
【００２８】
本実施形態のヒートシンク付パワーモジュール用基板１のろう付け工程においては、まず、下側に配置される凹面１１０ｂを有する下側加圧板１１０Ｂの上にヒートシンク２０を載置し、その上にＡｌ‐Ｓｉ系ろう材箔（図示略）を介してパワーモジュール用基板１０を重ねて載置して、これらヒートシンク２０とパワーモジュール用基板１０との積層体を、凸面１１０ａを有する上側加圧板１１０Ａとの間で挟んだ状態とする。この際、ヒートシンク２０とパワーモジュール用基板１０との積層体は、一対の加圧板１１０Ａ，１１０Ｂの凸面１１０ａ及び凹面１１０ｂにより厚み方向に加圧され、その加圧（挟持）された部分では、ヒートシンク２０の接合面を凹状の反りとする変形を生じさせた状態で拘束される。そして、ヒートシンク２０とパワーモジュール用基板１０との積層体を、一対の加圧板１１０Ａ，１１０Ｂによる加圧状態で加熱することにより、ヒートシンク２０とパワーモジュール用基板１０の金属層１３とをろう付けにより固着する。
なお、Ａｌ-Ｓｉ系ろう材箔としては、Ａｌ‐５質量％Ｓｉ〜Ａｌ‐２０質量％Ｓｉろう材箔を用いることができる。また、ろう付けは、真空雰囲気中で、荷重０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａ、加熱温度５８０℃〜６５０℃の条件で行う。
【００２９】
次に、これらヒートシンク２０とパワーモジュール用基板１０との接合体を、治具１１２に取り付けた状態、つまり、変形を生じさせた状態で、常温（２５℃）まで冷却する。
この場合、ヒートシンク２０とパワーモジュール用基板１０との接合体は、治具１１２の一対の加圧板１１０Ａ，１１０Ｂによって厚み方向に挟持（加圧）された状態とされ、ヒートシンク２０の接合面を凹状の反りとする変形を生じさせた状態で拘束されている。このため、その挟持された部分では、冷却に伴うヒートシンク２０とパワーモジュール用基板１０との接合体の形状は見かけ上は変化がないように見える。ところが、通常の接合時においてはパワーモジュール用基板１０とヒートシンク２０との熱膨張差により、回路層１２を上側として凸状の反りが発生する。しかし、挟持された部分は変形が出来ない状態に拘束されていることから、凸状の反りを生じさせる応力に抗して塑性変形が生じることとなる。
【００３０】
そして、これらヒートシンク２０とパワーモジュール用基板１０との積層体をろう材が溶融する温度以上で所定時間保持した後に冷却することで、一対の加圧板１１０Ａ，１１０Ｂにより挟持されたヒートシンク２０とパワーモジュール用基板１０との接合面においては、凹状に沿った形状でろう材を固めることができ、積層方向の加圧状態を解放した後も、図２（ｂ）に示すように、回路層１２を上側として凹状に反る、あるいは凸状でも反り量が小さくなり、製造時に生じる反りが低減される。
【００３１】
一方、ヒートシンク２０の周縁部は、冷却時において下側加圧板１１０Ｂの周縁部に設けられた受け部１０１により支えられ補助されるようになっていることから、冷却に伴う熱伸縮により変形が生じることを防止することができる。このため、ヒートシンク２０（板状部材２１）の周縁部の平面状態を良好に維持することができる。
なお、ろう付け接合の加熱時において、板状部材２１の周縁部が外部からの負荷により変形させられることがないように、受け部１０１は、加熱時おいてはヒートシンク２０の板状部材２１の周縁部と接触しない寸法設定とすることが好ましい。
【００３２】
したがって、このようにして製造されたヒートシンク付パワーモジュール用基板１においては、パワーモジュール用基板１０とヒートシンク２０との接合時に生じる反りを低減でき、素子はんだ付け工程における作業性を向上させることができる。また、ヒートシンク２０（板状部材２１）の周縁部を平面状態に維持できることから、ヒートシンク付パワーモジュール用基板１と各種機器の構造部材とを密着させて取り付けることができ、良好に保持することができる。
【００３３】
また、上記第１実施形態においては、ヒートシンク２０とパワーモジュール用基板１０との積層体を、曲面状の凸面又は凹面を有する一対の加圧板１１０Ａ，１１０Ｂで挟持することにより、その挟持した部分では積層方向の回路層１２側を上側とする凹状の反りを生じさせることとする一方で、金属層１３とヒートシンク２０との接合面から延出して設けられる板状部材２１の周縁部においては、一対の加圧板１１０Ａ，１１０Ｂによる押圧力が付加されないようにして平面状態を維持することとしていた。
一方、図４に示す第２実施形態の製造方法のように、下側加圧板１２０Ｂの周縁部に受け部１０１を設けるとともに、上側加圧板１２０Ａの周縁部にその受け部１０１と対向する平坦面を有する押さえ部１０２を設けて、これら受け部１０１と押さえ部１０２とによってヒートシンク２０の周縁部の変形を抑えることも可能である。
【００３４】
この場合、ろう付け時の加熱温度からの冷却の際に、ヒートシンク２０の周縁部の下面が受け部１０１により支えられ補助されるようになっていることから、熱伸縮によりヒートシンク２０の周縁部が下側に向かって変形することを防止することができる。ところが、冷却時において熱伸縮による応力が加わり続けると、ヒートシンク２０の周縁部の下面を受け部１０１により受けていることにより、その周縁部の端部が上側に向かって反る変形を生じる場合がある。この場合において、本実施形態では、押さえ部１０２が設けられていることにより、冷却の際にヒートシンク２０の周縁部の端部が上側に向かう反りが発生したとしても、周縁部の上面が押さえ部１０２と接触することによって変形を抑制することができる。そして、受け部１０１と押さえ部１０２との間で、ヒートシンク２０の周縁部の変形を抑制することとしているので、複数のヒートシンク付パワーモジュール用基板１におけるヒートシンク２０の周縁部の変形量のばらつきを抑えることもできる。
【００３５】
なお、パワーモジュール用基板１０とヒートシンク２０とのろう付けの加熱時において、これらの積層体への加圧力が十分に伝達されないおそれがあるため、押さえ部１０２は、ろう付けの加熱時においてはヒートシンク２０の板状部材２１の周縁部と接触しない寸法設定とすること、すなわち、冷却時においてのみ周縁部の下面と押さえ部１０２とが接触するように寸法設定することが好ましい。
このため、ろう付け工程において、ヒートシンク２０とパワーモジュール用基板１０との積層体が、一対の加圧板１２０Ａ，１２０Ｂによって厚み方向に挟持（加圧）され、加熱された状態では、受け部１０１の平坦面と押さえ部１０２の平坦面との間隔は、ヒートシンク２０の板状部材２１の厚みよりも僅かに大きく設定することが好ましい。例えば、板状部材２１の厚みが５ｍｍとされる場合には、加熱時における板状部材２１の周縁部との隙間を確保するために、受け部１０１の平坦面と押さえ部１０２の平坦面との間隔は５．１ｍｍ程度に設定することが望ましい。
なお、その他構成は、第１実施形態のものと同様であり、同一符号を付して説明は省略する。
【００３６】
なお、本発明は、上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、銅製の回路層とセラミックス基板とのろう付けには、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（例えば、Ａｇ‐２７．４質量％Ｃｕ‐２．０質量％Ｔｉ）を用い、銅製の回路層とセラミックス基板との積層体を加圧した状態のまま真空中で加熱しＡｇ‐Ｃｕ合金を介して回路層とセラミックス基板とを接合できる。
【００３７】
また、上記実施形態では、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が、Ａｌ‐Ｓｉ‐Ｍｇ系ろう材を用いて接合することもできる。この場合、真空雰囲気で接合を行う必要がなく、窒素等の不活性雰囲気下でろう付けを行うことができ、簡便にヒートシンクとパワーモジュール用基板とを接合することができる。
さらに、ヒートシンクとパワーモジュール用基板との接合は、Ａｌ‐Ｓｉ系ろう材とフラックスを用いて、窒素等の不活性雰囲気下でろう付けを行うこともできる。
また、ヒートシンクの材質が銅又は銅合金である場合、固相拡散接合によって接合することもできる。固相拡散接合は、真空雰囲気中で、荷重０．３ＭＰａ〜１０ＭＰａ、加熱温度４００℃以上５４８℃未満の加熱温度で５分〜２４０分保持することにより行うことができる。
【００３８】
さらに、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との接合、金属層とアルミニウム又はアルミニウム合金からなるヒートシンクとの接合を、ＴＬＰ接合法（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  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、回路層又は金属層の表面に蒸着させた銅層を、回路層又は金属層とセラミックス基板との界面、あるいは金属層とヒートシンクとの界面に介在させて行う。加熱により、回路層又は金属層とアルミニウム中に銅が拡散し、回路層又は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又はヒートシンク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、回路層又は金属層とセラミックス基板、あるいは金属層とヒートシンクとの強固な接合が得られる。
【符号の説明】
【００３９】
１  ヒートシンク付パワーモジュール用基板
１０  パワーモジュール用基板
１１  セラミックス基板
１２  回路層
１３  金属層
２０  ヒートシンク
２１  板状部材
２２  ピン状フィン（フィン）
２３  貫通孔
３０  電子部品
３１  はんだ接合層
４０  冷却ボックス
４１  開口部
４２  パッキン収容溝
４３  ねじ穴
５０  パッキン
１００  パワーモジュール
１０１  受け部
１０２  押さえ部
１１０Ａ，１１０Ｂ，１２０Ａ，１２０Ｂ  加圧板
１１０ａ  凸面
１１０ｂ  凹面
１１１  支柱
１１２  治具
１１３  ナット
１１４  天板
１１５  付勢手段
【図１】
2015153925.tif 000003
【図２】
2015153925.tif 000004
【図３】
2015153925.tif 000005
【図４】
2015153925.tif 000006
【図５】
2015153925.tif 000007
【図６】
2015153925.tif 000008