(57)【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少なくとも表面に銅層を有する回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面にアルミニウム層を含む金属層が接合されてなるパワーモジュール用基板の前記金属層に、アルミニウムからなるヒートシンク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方法であって、前記回路層を平板状のカーボンシートで押圧し、かつ、前記ヒートシンクの接合面を、ヒートシンク接合温度で生じる前記パワーモジュール用基板の前記金属層表面の反りに合わせ、凸形状に形成して接合す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】
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であって、前記ヒートシンクの接合面とは反対面を、前記凸形状の押圧面を有する治具により押圧して前記ヒートシンクを前記金属層に接合す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。
【請求項３】
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であって、予め前記ヒートシンクの接合面を前記凸形状に形成しておく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。
【請求項４】
セラミックス基板の一方の面に少なくとも表面に銅層を有する回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面にアルミニウム層を含む金属層が接合されてなるパワーモジュール用基板の前記金属層に、アルミニウムからなるヒートシンク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際に用いられ、前記ヒートシンクの接合時に前記パワーモジュール用基板と前記ヒートシンクとの積層体を積層方向に加圧するための装置であって、前記回路層を押圧する平板状のカーボンシートと、前記ヒートシンクを押圧する治具と、を有し、該治具がヒートシンク接合温度で生じる前記パワーモジュール用基板の前記金属層表面の反りに合わせた凸形状の押圧面を有することを特徴とする加圧装置。
【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及び加圧装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用パワーモジュールには、例えば、特許文献１に示すように、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上にアルミニウム層が接合されるとともに、セラミックス基板の他方の面にアルミニウム層を介して同じくアルミニウムからなる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る。このヒートシンク付パワーモジュール用基板は、まずセラミックス基板の両面に、セラミックス基板と金属板との接合に適するろう材を介してアルミニウム層を積層し、所定の圧力で加圧しながら、そのろう材が溶融する温度以上まで加熱し、これによりセラミックス基板と両面のアルミニウム層とを接合させる。次に、セラミックス基板の他方の面上のアルミニウム層に、金属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、そのろう材が溶融する温度以上まで加熱し、これによりアルミニウム層とヒートシンクとを接合させる。また、このようなヒートシンク付パワーモジュール用基板では、セラミックス基板の一方の面上のアルミニウム層は回路層として形成され、回路層の上にはんだ材を介して半導体素子が接合される。
【０００３】
この種のパワーモジュール用基板において、回路層となる金属板に電気的特性に優れる銅を用い、ヒートシンクとなる金属板には、セラミックス基板との間の熱応力を緩和する目的でアルミニウムを用いる場合がある。
例えば、特許文献２には、セラミックス基板の一方側に回路層になる銅層を接合し、他方側にはアルミニウム層を介してヒートシンクをろう付けで接合したヒートシンク付パワーモジュール用基板が開示されている。
また、例えば、特許文献３には、セラミックス基板の両面にアルミニウム層をろう付けし、その後一方側に回路層になる銅層を積層し、他方側には金属層になる銅層とさらにアルミニウムからなるヒートシンクを積層して、それぞれを固相拡散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方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−９２１２号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２９５７９号公報
【特許文献３】特開２０１３−２２９５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、回路層に銅層を使用するヒートシンク付パワーモジュール用基板を製造する場合に特許文献２に記載の構成で製造すると、アルミニウムからなるヒートシンクとパワーモジュール用基板の接合時に、接合温度（約６００℃）で回路層の銅層とアルミニウム層との熱膨張差起因の反りがパワーモジュール用基板に生じ、ヒートシンクとパワーモジュール用基板間に隙間による接合不良が発生し熱性能低下につながる問題があった。また、特許文献３に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板でも、パワーモジュール用基板を製造した後にヒートシンクを接合する場合は同様にヒートシンクとパワーモジュール用基板間に隙間による接合不良が発生して熱性能低下につながる問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、回路層に銅層を用いてもヒートシンクの接合時に、ヒートシンクとパワーモジュール用基板間に隙間を生じさせないことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、セラミックス基板の一方の面に少なくとも表面に銅層を有する回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面にアルミニウム層を含む金属層が接合されてなるパワーモジュール用基板の前記金属層に、アルミニウムからなるヒートシンク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方法であって、前記回路層を平板状のカーボンシートで押圧し、かつ、前記ヒートシンクの接合面を、ヒートシンク接合温度で生じるパワーモジュール用基板の前記金属層表面の反りに合わせ、凸形状に形成して接合する。
【０００８】
本発明では、ヒートシンク接合時の銅とアルミニウムとの熱膨張差により生じるパワーモジュール基板の金属層表面の反りに合わせ、ヒートシンク接合面を凸形状に形成して接合することで、パワーモジュール用基板とヒートシンクとの間に隙間を生ずることなく接合できる。
【０００９】
この場合、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、前記ヒートシンクの接合面とは反対面を、前記凸形状の押圧面を有する治具により押圧して前記ヒートシンクを前記金属層に接合するとよい。ヒートシンクをパワーモジュール基板の金属層表面の反りに合わせて反らせながら接合するのである。
【００１０】
また、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、予めヒートシンクの接合面を前記凸形状に形成しておき、そのヒートシンクをパワーモジュール基板に接合するようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明の加圧装置は、セラミックス基板の一方の面に少なくとも表面に銅層を有する回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面にアルミニウム層を含む金属層が接合されてなるパワーモジュール用基板の前記金属層に、アルミニウムからなるヒートシンク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際に用いられ、前記ヒートシンクの接合時に前記パワーモジュール用基板と前記ヒートシンクとの積層体を積層方向に加圧するための装置であって、前記回路層を押圧する平板状のカーボンシートと、前記ヒートシンクを押圧する治具と、を有し、該治具がヒートシンク接合温度で生じる前記パワーモジュール用基板の前記金属層表面の反りに合わせた凸形状の押圧面を有するとよい。
【発明の効果】
【００１２】
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及び加圧装置によれば、銅層を回路層としたパワーモジュール用基板とヒートシンクとの良好な接合性が得られ、熱性能に優れた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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板の第１実施形態の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２】第１実施形態におけるヒートシンク接合工程時にパワーモジュール用基板とヒートシンクとを積み重ねた構成を示す断面図である。
【図３】本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板の第２実施形態の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態における図２同様の断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態における図２同様の断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態における図２同様の断面図である。
【図７】パワーモジュール用基板の温度変化による反りの関係を表すグラフである。
【図８】本発明の製造方法の第１接合工程に用いる加圧装置の正面図である。
【図９】本発明の製造方法のヒートシンク接合工程に用いる加圧装置の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１（ｃ）に示す第１実施形態のヒートシンク付パワーモジュール用基板１４は、パワーモジュール用基板１とヒートシンク７ａとを備えており、このヒートシンク付パワーモジュール用基板１４の表面に半導体チップ等の電子部品１３が搭載されることにより、パワーモジュール１４が製造される。
パワーモジュール用基板１は、セラミックス基板２と、セラミックス基板２の一方の面に接合された回路層１５と、セラミックス基板２の他方の面に接合された金属層４とを備える。そして、このパワーモジュール用基板１の回路層１５の表面に電子部品１３がはんだ付けされ、金属層４の表面にヒートシンク７ａがろう付けされる。
【００１５】
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を用いることができる。また、セラミックス基板１１の厚さは０．２〜１．５ｍｍの範囲内に設定することができる。
回路層１５は、セラミックス基板２の表面に接合されるアルミニウム層３と、アルミニウム層３の上に接合された銅層５との積層構造とされている。アルミニウム層３は、純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）や純度９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる２Ｎアルミニウム）、またはＡ１０５０やＡ３００３などのアルミニウム合金のアルミニウム板が用いられる。銅層５は無酸素銅やタフピッチ銅等の純銅又は銅合金の銅板が用いられる。これらの厚さは、アルミニウム層３が０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、銅層５が０．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲で選択される。
金属層４は、回路層１５のアルミニウム層３と同様、純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）や純度９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる２Ｎアルミニウム）、またはＡ１０５０やＡ３００３などのアルミニウム合金のアルミニウム板が用いられる。厚さは０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲で選択される。
本実施形態では、例えば、セラミックス基板２はＳｉ３Ｎ４で０．３２ｍｍ、回路層１５のアルミニウム層３は０．４ｍｍ、銅層５は２．０ｍｍ、金属層４は０．４ｍｍの厚さとすればよい。
【００１６】
また、このパワーモジュール用基板１に接合されるヒートシンク７ａとしては、純度が９９．０質量％未満で、ＪＩＳ規格では、Ａ３００３，Ａ６０６３，Ａ５０５２等のアルミニウム合金板を用いることができる。なお、ヒートシンクとしては、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、押出形成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。
なお、ヒートシンク７ａの厚さは０．４ｍｍ〜６．０ｍｍとすることができる。
本実施形態では、ヒートシンク７ａとして、Ａ３００３からなる厚さ１．０ｍｍの平板状のものを用いた。
【００１７】
次に、このように構成されるヒートシンク付きパワーモジュール用基板１４を製造する方法について説明する。このヒートシンク付きパワーモジュール用基板１４は、セラミックス基板２と回路層１５及び金属層４とを接合（第１接合工程）した後、金属層４にヒートシンク７ａを接合（ヒートシンク接合工程）することにより製造される。以下、この工程順に説明する。
【００１８】
（第１接合工程）
まず、セラミックス基板２の一方の面にろう材１６を介してアルミニウム層３を積層し、さらに、そのアルミニウム層３の上面に拡散防止層としてのチタン箔２２を介して銅層５を積層し、他方の面にろう材１６を介して金属層４を積層して、これらを一体に接合する。ろう材１６は、Ａｌ−Ｓｉ系等の合金で箔の形態で用いるとよい。チタン箔２２の厚さは３μｍ以上４０μｍ以下に設定されており、本実施形態では、１０μｍに設定されている。
具体的には、セラミックス基板２とアルミニウム層３及び金属層４とを図１（ａ）に示すようにろう材１６を介して積層し、アルミニウム層３上面にチタン箔２２を介して銅層５を積層し、この積層体を図８に示す加圧装置１１０を用いて積層方向に加圧した状態とする。
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の両面には加圧を均一にするためにクッションシート１１６が配設される。クッションシート１１６は、カーボンシートとグラファイトシートの積層板で設定されている。この加圧装置１１０により加圧した状態で、加圧装置１１０ごと図示略の加熱炉内に設置し、真空雰囲気下で接合温度に加熱してセラミックス基板２にアルミニウム層３と金属層４をろう付けするとともに、アルミニウム層３とチタン箔２２、及び銅層５とチタン箔２２を固相拡散接合し、パワーモジュール用基板１を形成する。この場合の加圧力としては例えば０．１０ＭＰａ以上３．４ＭＰａ以下（１ｋｇｆ／ｃｍ２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ２以下）、加熱温度としては６１０℃以上６５０℃以下とされる。
【００１９】
（ヒートシンク接合工程）
第１接合工程により得られたパワーモジュール用基板１の金属層４に、図１（ｂ）に示すように、クラッド材６を介してヒートシンク７ａを積層する。
このクラッド材６は、アルミニウム合金（Ａ３００３）からなる芯材の両面にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のろう材層が形成されたものである。
そして、これらの積層体を図９に示す加圧装置１２０を用いて積層方向に加圧（０．００１ＭＰａ〜０．５ＭＰａ）して例えば６００℃に加熱する。この時、パワーモジュール用基板１の銅層５の表面にはカーボンシート１１６ａとグラファイトシート１１６ｂとからなるクッションシート１１６を配置するが、ヒートシンク７ａの下面にはカーボンシート１１７を介して凸形状治具（本発明の治具）８を用いる。この凸形状治具８は、ヒートシンク接合温度（６００℃）で生じるパワーモジュール用基板の金属層４表面の反りに合わせヒートシンクの接合面とは反対面を押圧する治具であり、ステンレス鋼により構成され、その押圧面は凸形状に形成されている。
また、カーボンシート１１６ａ、１１７は、例えば、旭グラファイト株式会社製Ｇ−３４７（熱伝導率１１６Ｗ／ｍＫ、弾性率１０．８ＧＰａ）を用いることができる。グラファイトシート１１６ｂは、例えば、旭グラファイト株式会社製Ｔ−５（熱伝導率７５．４Ｗ／ｍＫ、弾性率１１．４ＧＰａ）や東洋炭素工業株式会社製黒鉛シートＰＦ（圧縮率４７％、復元率１４％）などを用いることができる。なお、第１接合工程で用いられるカーボンシート１１６ａ、１１７及びグラファイトシート１１６ｂも同様のものを用いることができる。
【００２０】
このパワーモジュール用基板１の金属層４表面に生じる反りは、回路層１５を構成する銅層５と、回路層１５を構成するアルミニウム層３及び金属層４との熱膨張係数差によって発生するものである。図７は後述するように、パワーモジュール用基板１の温度変化による反り量の変化を測定した結果を示すグラフであり、ヒートシンク接合工程前の状態で回路層１５を凹形状とする反りが生じており、ヒートシンク接合時に加熱されるとその加熱温度（６００℃）では逆に回路層１５を凸形状とする反りが生じる。
そこで、この凸形状治具８を用い加圧した状態で、加圧装置１２０ごと図示略の加熱炉内に設置し、窒素雰囲気中でろう付け温度に加熱してろう付けするのである。このろう付けの際、銅層５とアルミニウム層３との間に含有したチタン箔２２は銅層５とアルミニウム層３の拡散を防止する。
【００２１】
このようにしてヒートシンク７ａをパワーモジュール用基板１に接合することにより、ヒートシンク７ａの接合面がパワーモジュール用基板１の金属層４表面に生じる反りに合わせて凸形状に形成されるので、パワーモジュール用基板１とヒートシンク７ａをほぼ隙間なく接合することができる。
【００２２】
なお、図７のグラフについて説明を補足しておくと、測定に使用したパワーモジュール用基板１は、第１実施形態と同じ構成で回路層１５の銅層５の厚さが２ｍｍのものと、１．５ｍｍのものとを用いた。
銅層５の厚さが２ｍｍのものを、常温から３００℃まで加熱し測定した結果を◆実線（Ｃｕｔ２ｍｍ加熱）で表し、３００℃から常温まで冷却して測定した結果を同じく◆実線（Ｃｕｔ２ｍｍ冷却）で表している。
銅層５の厚さが１．５ｍｍのものを、常温から３００℃まで加熱し測定した結果を▲実線（Ｃｕｔ１．５ｍｍ加熱）で表し、３００℃から常温まで冷却して測定した結果を×実線（Ｃｕｔ１．５ｍｍ冷却）で表している。また、これらの値から想定される３００℃以上の温度における推定値を破線で表している。
【００２３】
このグラフにおいて示されるパワーモジュール用基板１の反り量の測定結果（推定値を含む）から、銅層５の厚さがいずれの場合でも、パワーモジュール用基板１は常温では銅層５側に凹形状に反っているが、加熱をするに従いほぼ比例して反りが解消し、３５０℃から４００℃付近で反りが無くなる。その温度を超えると逆に銅層５側に凸形状に反りはじめる。この例の場合、ヒートシンク７ａのろう付け（ヒートシンク接合工程）時の接合温度である６００℃付近の基板反り量は−４００μｍと推定され、後述する第２実施形態でヒートシンク７ａを固相拡散接合（ヒートシンク接合工程）する場合の接合温度を５００℃付近とした時の基板反り量は−２００μｍと推定される。
【００２４】
本第１実施形態で使用する凸形状治具８の凸形状に形成する凸部高さＨは、上述のヒートシンク７ａろう付け（ヒートシンク接合工程）の場合の接合温度である６００℃付近の基板の推定反り量（図７では−４００μｍ）に合わせて設定される。
【００２５】
図３は第２実施形態の製造方法を工程順に示している。この実施形態において図１の第１実施形態と共通要素には同一符号を付している（以下の各実施形態においても同様）。
図３（ｂ）に示す第２実施形態のパワーモジュール用基板２１は、金属層２０が回路層１５と同様にアルミニウム層１９と銅層１２との積層構造になっており、金属層２０の銅層１２の下面にヒートシンク７ａが厚さ方向に積層された状態で接合される。銅層１２は、無酸素銅やタフピッチ銅等の純銅又は銅合金の銅板が用いられる。この銅層１２の厚さは、０．１ｍｍを超えて５．０ｍｍ以下の範囲で選択され、例えば、１．０ｍｍとされる。アルミニウム層１９は、純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）や純度９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる２Ｎアルミニウム）、またはＡ１０５０やＡ３００３などのアルミニウム合金のアルミニウム板が用いられる。このアルミニウム層１９の厚さは、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲で選択され、例えば０．４ｍｍとされる。
【００２６】
この第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は、まず第１接合工程において、セラミックス基板２の一方の面にろう材１６を介してアルミニウム層３を積層し、さらに、アルミニウム層３の上面に拡散防止層としてのチタン箔２２を介して銅層５を積層し、他方の面にろう材１６を介してアルミニウム層１９を積層し、さらにアルミニウム層１９の下面にもチタン箔２２を介して銅層１２を積層して、これらを一体に接合する。これによりパワーモジュール用基板２１が作製される。
ヒートシンク接合工程では第１接合工程により得られたパワーモジュール用基板２１における銅層１２にヒートシンク７ａを積層し、銅層５上面にカーボンシート１１６ａとグラファイトシート１１６ｂを、ヒートシンク７ａ下面にはカーボンシート１１７とさらにその下面に凸形状治具８を配置し、これらを積層方向に加圧して、真空雰囲気下で接合温度（４００℃〜５４８℃、本実施形態では５３０℃）に加熱して固相拡散接合する。
【００２７】
また、本第２実施形態で使用する凸形状治具８の凸形状に形成する凸部高さＨは、上述のヒートシンク７ａ固相拡散接合（ヒートシンク接合工程）の場合の接合温度が５００℃付近とする基板推定反り量に合わせて設定される（例えば図７に示す−２００μｍ）。
【００２８】
このようにして製造されるヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、第１実施形態と同様に、パワーモジュール用基板１とヒートシンク７ａはほぼ隙間なく接合することができる。
この第２実施形態は、セラミックス基板２の一方の面の回路層３，５と、セラミックス基板２の他方の面の金属層１９，１２の構成もしくは厚さが非対称の場合に反りが生じ易いので、特に有効である。
【００２９】
図５は第３実施形態を示している。
第１実施形態及び第２実施形態では、ヒートシンク７ａの下面に当接されるカーボンシート１１７の下面に図２及び図４に示す凸形状治具８を用いたが、この第３実施形態では予めヒートシンク７ｂ自体の形状を凸形状に成形している。その凸形状は、ヒートシンク７ｂの接合温度に加熱した時のパワーモジュール基板１の金属層４表面の推定反り量と同じ高さＨとする。このヒートシンク７ｂは、鋳造で製造することでも、平板から削り加工によって形成しても良い。一方、ヒートシンク７ｂに当接するカーボンシート１１７は、回路層１５に当接するカーボンシート１１６ａと同様、平板状のものを配置してろう付け接合する。
【００３０】
このヒートシンク付きパワーモジュール用基板の製造方法においても、ヒートシンク７ｂの接合温度でパワーモジュール用基板１の金属層４表面に生じる反りに合わせてヒートシンク７ｂ上面の接合面が凸形状に形成されているので、パワーモジュール用基板１とヒートシンク７ｂはほぼ隙間なく接合することができる。
【００３１】
図６は第４実施形態を示している。
この第４実施形態では、ヒートシンク７ａ接合時にヒートシンク７ａの下面に当接されるカーボンシートとして図６に示す凸形状のカーボンシート１１９を用い、その下面には平板のステンレス鋼１１８を配設した。その凸形状は、ヒートシンク７ｂの接合温度に加熱した時のパワーモジュール基板１の金属層４表面の推定反り量と同じ高さＨとする。
【００３２】
このようにして製造されるヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、第１実施形態から第３実施形態と同様に、パワーモジュール用基板１とヒートシンク７ａはほぼ隙間なく接合することができる。
【実施例】
【００３３】
本発明の効果の確認のために行った確認実験の結果について説明する。
【００３４】
（実施例１〜３、比較例１〜３）
Ｓｉ３Ｎ４からなるセラミックス基板（４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚さ：０．３２ｍｍ）の一方の面にＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔（厚さ１２μｍ）、純度９９質量％以上（２Ｎ）のアルミニウム板（３７ｍｍ×３７ｍｍ、厚さ：０．４ｍｍ）、チタン箔（厚さ：１０μｍ）、無酸素銅からなる銅板（３６ｍｍ×３６ｍｍ、厚さ：実施例１、３及び比較例１〜３においては２．０ｍｍ、実施例２においては１．５ｍｍ）を積層するとともに、セラミックス基板の他方の面にＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔（厚さ１２μｍ）、純度９９．９９質量％以上（４Ｎ）アルミニウム板（３７ｍｍ×３７ｍｍ、厚さ：０．４ｍｍ）を積層し、積層方向に１．０ＭＰａで加圧しながら６４５℃で加熱し、セラミックス基板に回路層及び金属層が形成されたパワーモジュール用基板を作製した。
Ａ３００３からなるヒートシンク（５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ：１ｍｍ）と得られたパワーモジュール用基板の金属層との間にクラッド材（芯材：Ａ３００３（０．２５ｍｍｔ）、ろう材層（両面）：Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金（０．０２５ｍｍｔ））を介在させ、接合した。接合条件は窒素雰囲気下、接合温度６００℃とし、接合荷重は表１記載の通りとした。なお、ヒートシンクを接合する際には、表１に記載した凸形状治具（ステンレス鋼製）を用いヒートシンクと凸形状治具との間に厚さ１ｍｍのカーボンシートを介在させて接合した。また、比較例１においては、凸形状治具を使用せず、厚さ１ｍｍのカーボンシートと厚さ１ｍｍのグラファイトシートの積層板を介在させて接合した。
（実施例４）
Ｓｉ３Ｎ４からなるセラミックス基板（４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚さ：０．３２ｍｍ）の一方の面（回路層側）にＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔（厚さ１２μｍ）、純度９９質量％以上（２Ｎ）のアルミニウム板（３７ｍｍ×３７ｍｍ、厚さ：０．４ｍｍ）、チタン箔（厚さ：１０μｍ）、無酸素銅からなる銅板（３６ｍｍ×３６ｍｍ、厚さ：２．０ｍｍ）を積層するとともに、セラミックス基板の他方の面（金属層側）にＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔（厚さ１２μｍ）、純度９９質量％以上（２Ｎ）のアルミニウム板（３７ｍｍ×３７ｍｍ、厚さ：０．４ｍｍ）、チタン箔（厚さ：１０μｍ）、無酸素銅からなる銅板（３６ｍｍ×３６ｍｍ、厚さ：１ｍｍ）を積層し、積層方向に１．０ＭＰａで加圧しながら６４５℃で加熱し、セラミックス基板に回路層及び金属層が形成されたパワーモジュール用基板を作製した。
Ａ３００３からなるヒートシンク（５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ：１ｍｍ）と得られたパワーモジュール用基板の金属層（銅層）がヒートシンクと接触するよう積層して固相拡散接合した。接合条件は真空雰囲気下、接合温度５３０℃とし、接合荷重は表１記載の通りとした。なお、ヒートシンクを接合する際には、表１に記載した凸形状治具（ステンレス鋼製）を用い、ヒートシンクと凸形状治具との間に厚さ１ｍｍのカーボンシートを介在させて接合した。
【００３５】
なお、基板高温推定反り量は図７のグラフ破線の推定値より求めたものである。
接合率は超音波画像測定機にて、ヒートシンクとパワーモジュール用基板との接合部を評価したもので、接合率（％）＝接合良好部面積／接合面面積にて算出し、５個ずつ測定した平均値を表１に示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１の実施例１から４は、パワーモジュール基板の推定反り量と凸形状治具の凸形状に形成する凸部高さＨを同じ高さに設定し、ヒートシンク側から凸形状治具で押圧することで良好な接合率が得られている。
比較例１は、凸形状治具を使用せずカーボンシートとグラファイトシートの積層板を介して押圧した場合の結果であり、最も低い接合率であった。比較例２は、パワーモジュール基板１の推定反り量より凸形状治具の凸形状に形成する凸部高さＨを低く設定してヒートシンク側下面から押圧した場合の結果であり、凸形状治具の凸形状に形成する凸部高さＨが不足しているので効果も不充分である。比較例３は、パワーモジュール基板の推定反り量と凸形状治具の凸形状に形成する凸部高さＨを同じ高さに設定し、回路層である銅層側から基板の反りを矯正するように凸形状治具で逆反り状態に加圧した結果であるが、接合率を向上させることはできなかった。
比較例１から３は、いずれも実施例１から４と比べ接合率が悪いことから、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では、パワーモジュール基板の推定反り量と凸形状治具の凸形状に形成する凸部高さＨを少なくとも同じ高さに設定し、ヒートシンク側下面から凸形状治具で押圧することで良好な接合率が得られることがわかる。
【００３８】
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。
【符号の説明】
【００３９】
１…パワーモジュール用基板
２…セラミックス基板
３…アルミニウム層
４…金属層
５…銅層
６…Ａｌクラッド材
７ａ…ヒートシンク
７ｂ…ヒートシンク
８…凸形状治具
Ｈ…凸部高さ
１４…ヒートシンク付パワーモジュール用基板
１１０…加圧装置
１１６ａ…カーボンシート
１１６ｂ…グラファイトシート
【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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