(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ板とＡｌ−Ｓｉろう材とのクラッド材から成る回路層とセラミックス基板とを一体に接合したセラミックス回路基板において、上記クラッド材のＡｌ−Ｓｉろう材側の表面が、セラミックス基板表面に形成した厚さ１μｍ未満のＡｌ合金膜を介して上記セラミックス基板に接合されており、上記Ａｌ合金膜は、Ｙ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｅｒ，ＴｈおよびＳｒから選択される少なくとも１種の元素を１〜５ａｔ％含有することを特徴とするセラミックス回路基板。
【請求項２】
前記セラミックス基板が窒化アルミニウム焼結体，窒化けい素焼結体，炭化けい素焼結体およびサイアロン焼結体のいずれかにより形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載のセラミックス回路基板。
【請求項３】
前記Ａｌ−Ｓｉろう材のＡｌ含有量が８５質量％以上であり、かつＳｉ含有量が６〜１５質量％の範囲であることを特徴とする請求の範囲第１項記載のセラミックス回路基板。
【請求項４】
Ａｌ板とＡｌ−Ｓｉろう材とのクラッド材から成る回路層とＡｌ合金膜とを一体に接合したセラミックス回路基板の製造方法において、上記Ａｌ板とＡｌ−Ｓｉろう材とのクラッド材から成る回路層と、表面にＹ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｅｒ，ＴｈおよびＳｒから選択される少なくとも１種の元素を１〜５ａｔ％含有する厚さ１μｍ未満のＡｌ合金膜を形成したセラミックス基板とを重ね、押圧力が２ｋｇ／ｃｍ２以上となるように荷重を加えた状態で、真空度が１０−２Ｐａ以上である雰囲気中で、温度５８０〜６３０℃で加熱して上記回路層とセラミックス基板とを接合することを特徴とするセラミック回路基板の製造方法。
【請求項５】
Ａｌ板とＡｌ−Ｓｉろう材とのクラッド材から成る回路層とセラミックス基板とを一体に接合したセラミックス回路基板であり、上記クラッド材のＡｌ−Ｓｉろう材側の表面が、セラミックス基板表面に形成した厚さ１μｍ未満のＡｌ合金膜を介して上記セラミックス基板に接合されているセラミックス回路基板と、上記回路層に搭載された半導体素子と、この半導体素子から発生した熱を上記セラミックス回路基板を経由して放出するヒートシンクとを備え、上記Ａｌ合金膜は、Ｙ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｅｒ，ＴｈおよびＳｒから選択される少なくとも１種の元素を１〜５ａｔ％含有することを特徴とするパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス部材と金属材回路層との接合体であるセラミック回路基板、その製造方法、およびその回路基板を用いたパワーモジュールに係り、特に接合界面でのボイドの発生を効果的に抑制でき回路層としての金属材の接合強度を高くすることが可能であり、耐熱サイクル特性を大幅に改善することが可能なセラミックス回路基板、その製造方法およびパワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックス材と金属回路材との接合方法としては、従来からＭｏまたはＷ等の高融点金属ペーストをセラミックスのシート状成形体表面に印刷して焼結する同時焼成法、回路構成材としての銅と酸素の共晶反応を利用して回路層をセラミックス基板表面に一体に接合する直接接合法（ＤＢＣ法）、およびＴｉ等の活性金属を含有するろう材を金属回路層の接合材として用いた活性金属法などが広く使用されている。
【０００３】
上記のような接合方法を用いて形成されたセラミックス材と金属材との接合体は、様々な分野に用いられており、その代表例として半導体素子等を搭載接合するセラミックス回路基板が挙げられる。このセラミックス回路基板に要求される特性としては、放熱性が良好であること、セラミックス回路基板全体としての構造強度が高いこと、セラミックス基板と金属回路板との接合強度が高いこと、回路基板としての耐熱サイクル特性が良好であることなどが挙げられる。
【０００４】
また、セラミックス回路基板を構成するセラミックス基板としては、従来から窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）などの焼結体が使用されている。
【０００５】
例えば、窒化アルミニウム基板は熱伝導率が１６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、他のセラミックス基板と比べて高い熱伝導率を具備していることから特に放熱性に優れている。また、窒化珪素基板は三点曲げ強度（室温）が６００ＭＰａ以上であるため、セラミックス基板構成材として使用した場合には回路基板の強度を向上させることができる。それに対し、酸化アルミニウム基板は熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、また三点曲げ強度も３６０ＭＰａ程度である。そのため、特に高い放熱性や構造強度を得るためには、酸化物系セラミックス基板より窒化物系セラミックス基板を使用する方が回路基板としては好ましいと言える。
【０００６】
一方、セラミックス基板と金属回路板との接合強度に着目すると前述の接合方法の中では活性金属法が好ましい。活性金属法は、Ｔｉ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｎｂ等の活性金属の少なくとも１種を含む金属箔、またはこれら活性金属をＡｇ−Ｃｕろう材に添加したペーストをセラミックス基板と金属回路板との間に塗布した後に、熱処理することにより両部材を一体に接合する方法である。窒化物系セラミックス基板を用いた活性金属法による接合を行う場合には、熱処理後に前記活性金属の窒化物から成る接合層が形成され、より強固な接合状態が形成される。このように活性金属法による窒化物系セラミックスと金属部材との接合体は回路基板として求められる特性を満たしており、パワー半導体素子を搭載した半導体モジュール（パワーモジュール）用基板等の電子回路用基板として広く活用されている。
【０００７】
また、従来の半導体実装用絶縁回路基板として、例えばセラミックス基板の両面のいずれか一方または双方にＡｌ−Ｓｉ系またはＡｌ−Ｇｅ系の金属層用ろう材を介して金属回路層を積層接着した構造を有し、上記金属層のビッカース硬度および厚さと、上記セラミックス基板の厚さおよび抗折強度を所定値に調整することにより、回路基板の耐熱サイクル寿命を延ばした回路基板も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
さらに従来のセラミックス配線基板として、ろう材との濡れ性に優れたＡｌやＮｉなどの金属層をセラミックス基板表面に１〜１０μｍの厚さで形成した配線基板も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１４４２３４号公報
【特許文献２】特開２００２−１１１２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の回路基板においては、構造強度についてはある程度の改善が達成されているものの、耐熱サイクル特性については必ずしも現在の技術的要求を満たしているとは言えなかった。その理由として、近年の半導体素子は高容量化、高出力化、高集積化に伴いその発熱量が増大する傾向にあり、発熱量が増大すると、金属回路板とセラミックス基板との熱膨張差によりセラミックス基板やろう材層にクラックが発生しやすく、その結果、セラミックス基板の絶縁耐圧の低下や、金属回路層の剥離発生という問題が生じていた。特に、活性金属法により金属回路層を接合する場合、窒化物系セラミックス側に活性金属の窒化物相が形成される。この活性金属窒化物相は接合強度の向上には有効に働くが、上記熱膨張差による応力に対し、応力緩和機能を具備しているとは言えず、セラミックス基板にクラックが発生し易く、回路基板の耐久性が低くなる難点があった。
【００１１】
上記のような問題点を解決するために、回路層としての銅板の代わりに、アルミニウム板を用い、Ａｌ合金ろう材を用いて、セラミックス基板と接合する方式も採用されている。上記アルミニウムは、銅に次ぐ導電性と高い放熱性を有するだけでなく、熱応力により塑性変形し易い性質を有し、セラミックス基板及びはんだ等のクラックを防止できる。一方、Ａｌ−Ｓｉ合金はセラミックス基板表面に存在する酸素と結合して接合するが、特に窒化アルミニウム、窒化けい素などの窒化物系セラミックス基板の場合には、アルミナに代表される酸化物系セラミックス基板と異なり、基板組織の単位面積あたりの酸素が少ないため、接合性（Ａｌ−Ｓｉ合金とセラミックス界面の濡れ性）が低い。それを補うために、接合時に荷重を掛けながら接合しているが、窒化アルミニウム、特に窒化けい素とは、接合性に起因する問題があり、耐熱サイクル特性のばらつきがあり十分対応できているとは言えなかった。
【００１２】
また、ろう材の濡れ性を向上させるために前記のように、Ａｌ金属膜を予めセラミックス基板表面に形成しておき、しかる後に接合する方式も採用されていたが、Ａｌ金属膜中のＡｌ元素の拡散によって組織表面が部分的に盛り上がる、いわゆるヒロック現象（Ｈｉｌｌｒｏｃｋ現象）が起こり、Ａｌ金属膜とＡｌ−Ｓｉろう材との間にボイド（空隙部）が形成され易く、金属回路層の接合強度が低下して回路基板全体としての耐熱サイクル特性が低下し易い難点があった。また、Ａｌ金属膜の厚さが１〜１０μｍ程度に厚く形成されていたために、Ａｌ金属の蒸着時間が長くなり、製造コストが増大化する欠点もあった。
【００１３】
また、半導体分野において、ＬＳＩの集積化や高速化が進展していることに加え、ＧＴＯやＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワーデバイスの用途が拡大しているなどの事情から、シリコンチップ（半導体素子）の発熱量が増加の一途をたどっている。そして、前記パワーモジュールが電気鉄道車両や電気自動車などの長期の信頼性が要求される分野に採用されるに及んで、シリコンチップが搭載されている回路基板、あるいは回路基板が搭載されているモジュールの放熱特性および耐久性が一層重大な関心事となっている。しかしながら、従来のパワーモジュールにおいては接合部の耐久性が不十分であり十分な信頼性が確保できない問題点があった。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであり、特に接合界面でのボイドの発生を効果的に抑制でき回路層としての金属材の接合強度を高くすることが可能であり、耐熱サイクル特性を大幅に改善することが可能なセラミックス回路基板、その製造方法およびその回路基板を使用したパワーモジュール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】
【００１５】
本発明者らは上記目的を達成するために、前記ヒロック現象によるＡｌ元素の拡散を効果的に防止抑制する方法について種々検討を行った。その結果、特に従来のＡｌ金属膜に代えてセラミックス基板表面に所定厚さのＡｌ合金膜を形成することにより、Ａｌ合金膜の厚さが１μｍ未満と薄い場合であっても、上記ヒロック現象を十分に抑制でき、接合面におけるボイドの発生を効果的に防止でき、また回路基板の接合組立てが容易になり製造コストも大幅に低減できるとの知見を得た。本発明は上記知見に基づいて完成されたものである。
【００１６】
すなわち、本発明に係るセラミックス回路基板は、Ａｌ板とＡｌ−Ｓｉろう材とのクラッド材から成る回路層とセラミックス基板とを一体に接合したセラミックス回路基板において、上記クラッド材のＡｌ−Ｓｉろう材側の表面が、セラミックス基板表面に形成した厚さ１μｍ未満のＡｌ合金膜を介して上記セラミックス基板に接合されており、上記Ａｌ合金膜は、Ｙ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｅｒ，ＴｈおよびＳｒから選択される少なくとも１種の元素を１〜５ａｔ％含有することを特徴とする。
【００１７】
本発明において、回路層はＡｌ板とＡｌ−Ｓｉろう材とのクラッド材から構成され、回路層の厚さは通電容量を勘案して０．１５〜０．５ｍｍの範囲が好ましい。
【００１８】
また、上記セラミックス回路基板において、前記セラミックス基板が窒化アルミニウム焼結体または窒化けい素焼結体により形成されていることが好ましい。
【００１９】
本発明に係るセラミックス回路基板を構成するセラミックス基板としては、所定の放熱性および構造強度を有する限り、特に限定されるものではなく、窒化アルミニウム，窒化けい素，サイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ）等の窒化物系セラミックスの焼結体、炭化けい素（ＳｉＣ）等の炭化物系セラミックスの焼結体、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３），ジルコニア（ＺｒＯ２）等の酸化物系セラミックスの焼結体からなる基板が好適に使用できる。しかしながら、基板組織表面における酸素濃度が低い窒化物系セラミックス基板であっても接合性の改善効果が高いため、特にセラミックス基板が窒化アルミニウム基板または窒化けい素基板である場合に特に優れた作用効果が得られる。
【００２０】
また、セラミックス基板表面に形成したＡｌ合金膜は、Ａｌ−Ｓｉろう材の濡れ性を改善し回路層としてのクラッド材のセラミックス基板に対する接合強度を高めるものであり、スパッタリング法や蒸着法などで形成される。またＡｌ合金膜によれば、加熱接合時においても、Ａｌ元素の拡散移動は起こらず、Ａｌの拡散によってボイドが発生することもない。このＡｌ合金膜の厚さは１μｍ未満とされる。Ａｌ合金膜の厚さが０．１μｍ未満と過小になると上記濡れ性の改善効果が不十分となる一方、１μｍ以上となるように形成しても、上記効果は飽和してしまうと共にＡｌ合金膜の形成に長時間を要することに成り、製造効率が低下する。したがって、Ａｌ合金膜の厚さは１μｍ未満とされるが、０．１〜０．５μｍの範囲がより好ましい。
【００２１】
また、上記セラミックス回路基板において、前記Ａｌ合金膜は、Ｙ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｅｒ，ＴｈおよびＳｒから選択される少なくとも１種の元素を１〜５ａｔ％含有することが好ましい。このように、所定の元素を所定量含有する合金でＡｌ合金膜を形成した場合には、特にろう材の濡れ性を更に適度に調整することが可能となり、濡れ性の過度の亢進によるろう材の流失を防止することが可能となり、回路層の接合強度をさらに高めることができる上に、接合面におけるボイドの発生を効果的に防止することができる。
【００２２】
さらに、上記セラミックス回路基板において、前記Ａｌ−Ｓｉろう材のＡｌ含有量が８５質量％以上であり、かつＳｉ含有量が６〜１５質量％の範囲であることが好ましい。このＡｌ−Ｓｉろう材のＡｌ含有量およびＳｉ含有量が上記範囲内であると、Ａｌより融点が５０〜１００℃低くなり、回路層としてのＡｌ−Ｓｉ合金層の接合が容易である一方、Ａｌ−Ｓｉろう材による接合も容易になる。
【００２３】
上記のような本発明に係るセラミックス回路基板の製造方法は、Ａｌ板とＡｌ−Ｓｉろう材とのクラッド材から成る回路層とＡｌ合金膜とを一体に接合したセラミックス回路基板の製造方法において、上記Ａｌ板とＡｌ−Ｓｉろう材とのクラッド材から成る回路層と、表面に厚さが１μｍ未満であり、Ｙ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｅｒ，ＴｈおよびＳｒから選択される少なくとも１種の元素を１〜５ａｔ％含有するＡｌ合金膜を形成したセラミックス基板とを重ね、押圧力が２ｋｇ／ｃｍ２以上となるように荷重を加えた状態で、真空度が１０−２Ｐａ以上である雰囲気中で、温度５８０〜６３０℃で加熱して上記回路層とセラミックス基板とを接合することを特徴とする。
【００２４】
上記製造方法において、接合時の押圧力が０．２ＭＰａ未満の場合には、クラッド材から成る回路層とセラミックス基板との密着性が不完全になる。また、上記真空度の範囲の雰囲気において、Ａｌ−Ｓｉの酸化が進行し、濡れ性が低下して接合性も低下する。さらに上記接合温度範囲（５８０〜６３０℃）で加熱することにより、上記クラッド材からなる回路層を、Ａｌ合金膜を形成したセラミックス基板に短時間に一体に接合することが可能である。
【００２５】
また、本発明に係るパワーモジュールは、Ａｌ板とＡｌ−Ｓｉろう材とのクラッド材から成る回路層とセラミックス基板とを一体に接合したセラミックス回路基板であり、上記クラッド材のＡｌ−Ｓｉろう材側の表面が、セラミックス基板表面に形成した厚さ１μｍ未満のＡｌ合金膜を介して上記セラミックス基板に接合されているセラミックス回路基板と、上記回路層に搭載された半導体素子と、この半導体素子から発生した熱を上記セラミックス回路基板を経由して放出するヒートシンクとを備え、上記Ａｌ合金膜は、Ｙ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｅｒ，ＴｈおよびＳｒから選択される少なくとも１種の元素を１〜５ａｔ％含有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るセラミックス回路基板の一実施例の構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係るセラミックス回路基板を使用したパワーモジュールの構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に本発明に係るセラミックス回路基板の実施例について添付図面を参照して具体的に説明する。
【００２８】
［実施例１〜１１６および比較例１〜４５］
各実施例用および比較例用のセラミックス基板として、表１〜表６に示すように、厚さが０．６２５〜１．２ｍｍの窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４）基板，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板，サイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ）基板，炭化けい素（ＳｉＣ）基板および酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）基板を多数用意し、回路層としてのクラッド材を接合するセラミックス基板表面に対してブラスト処理と研摩加工とを実施して表面粗さ（Ｒａ）が１μｍとなるように調整した。
【００２９】
次に、表面粗さを調整したセラミックス基板の回路層接合箇所に、表１〜表６に示すような組成および厚さを有するＡｌ合金膜を蒸着法により形成した。
【００３０】
一方、表１〜表６に示すような組成を有するＡｌ回路板とＡｌ−Ｓｉろう材とを７５：２５の厚さ比で圧延加工して両者を一体に接合した回路層としてのクラッド材をそれぞれ調製した。調製した各クラッド材の厚さは表１〜表６に示す値に設定した。
【００３１】
次に、上記のように調製した回路板としてのＡｌ板とＡｌ−Ｓｉろう材とのクラッド材から成る回路層と、表面にＡｌ合金膜（実施例）やＡｌ金属膜（比較例１）を形成したセラミックス基板とを重ね、表１〜表６に示す押圧力となるように荷重を加えた状態で、表１〜表６に示す真空度の雰囲気中で、表１〜表６に示す温度まで加熱処理して上記回路層とセラミックス基板とを接合することにより、各実施例および比較例に係るセラミックス回路基板を製造した。
【００３２】
上記製造されたセラミックス回路基板１は、第１図に示すようにＡｌ板から成る回路板２とＡｌ−Ｓｉろう材層３とのクラッド材から成る回路層４が、表面にＡｌ合金膜５（実施例）やＡｌ金属膜（比較例１）を形成したセラミックス基板６の表面に一体に接合された構造を有する。
【００３３】
上記のように製造された各実施例および比較例に係るセラミックス回路基板の特性を評価するために、次のような測定試験を実施した。まず、超音波探傷装置により各セラミックス回路基板の回路層下部の接合面におけるボイド率を測定した。このボイド率は超音波探傷装置により撮影された２０ｍｍ四方の接合面に存在するボイドの影像を画像解析して求め、接合面積２０ｍｍ□当りのボイド面積率として測定した。
【００３４】
また、各実施例および比較例に係るセラミックス回路基板１の回路層４を、第１図において垂直上方に引張り上げ回路層４がセラミックス基板６から剥離した時の引張り荷重を接合面積で除した値を接合強度として測定した。各測定値およびセラミックス回路基板の仕様、接合条件等を下記表１〜表６にまとめて示す。
【００３５】
【表１】
0004664816.tif 000002
【００３６】
【表２】
0004664816.tif 000003
【００３７】
【表３】
0004664816.tif 000004
【００３８】
【表４】
0004664816.tif 000005
【００３９】
【表５】
0004664816.tif 000006
【００４０】
【表６】
0004664816.tif 000007
【００４１】
上記表１〜表６に示す結果から明らかなように、セラミックス基板表面に所定厚さのＡｌ合金膜を形成した各実施例に係るセラミックス回路基板によれば、Ａｌ合金膜の厚さが１μｍ未満と薄い場合であっても、比較例と較べてボイド面積率が小さく、加熱接合時におけるＡｌ元素の拡散および接合面での噴出し（ヒロック現象）が効果的に抑制されていることが判明した。そのため、接合面におけるボイドの発生を効果的に防止でき、接合強度が大幅に増大する方向に改善されることが確認できた。また、Ａｌ合金膜の厚さが１μｍ未満と薄くできるため、蒸着等によるＡｌ合金膜の成膜時間が短縮でき、かつ接合操作も簡略化できるために、回路基板の接合組立てが容易になり製造コストも大幅に低減できることが判明した。
【００４２】
一方、セラミックス基板表面に予めＡｌ金属膜を形成した比較例１に係るセラミックス回路基板によれば、加熱接合時におけるＡｌ元素の拡散が顕著であり、接合面でのＡｌ元素の噴出し（ヒロック現象）が抑制されておらず、ボイド面積率の急増に比例して接合強度も大幅に低下してしまうことが再確認された。
【００４３】
また、比較例２〜７に示すように、Ａｌ合金膜の組成（比較例１および比較例７）、接合温度（比較例１および比較例５）、Ａｌ−Ｓｉろう材組成（比較例２および比較例４）、Ａｌ合金膜の厚さ（比較例３）、接合時の押圧力（比較例６）などが、本発明で規定される好ましい範囲を外れる場合には回路層の接合強度およびボイド面積特性が低下することが判明した。
【００４４】
図２は本発明に係るセラミックス回路基板を使用した一実施例に係るパワーモジュールの構成例を示す断面図である。すなわち、本実施例に係るパワーモジュール１０の内部に配置されたセラミックス回路基板１のＡｌ回路板２の表面には、パワー素子としてＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が形成された半導体チップ（半導体素子）１１が半田１２で固定されている。
【００４５】
Ａｌ回路板２はコレクタ用電極端子（図示せず）に接続されており、半導体チップ１１にコレクタ電圧を供給する。ＡｌやＡｕ等の金属細線で構成されるボンディングワイア１３の両端は、半導体チップ１１上のゲート電極１４とセラミックス基板６上の金属膜１５に超音波溶接で接合されている。金属膜１５はゲート用電極端子（図示せず）に接続されているため、ボンディングワイア１３とゲート用電極端子とは電気的に接続され、ゲート用電極端子からボンディングワイア１３を介してゲート電圧が供給される。また、ボンディングワイア１６の両端は、半導体素子１１上のエミッタ電極１７とセラミックス基板６上の金属膜１８に超音波溶接で接合されている。エミッタ用電極端子１９は半田２０で金属膜１８に取り付けられているので、ボンディングワイア１６とエミッタ用電極端子１９とは電気的に接続され、エミッタ用電極端子１９からボンディングワイア１６を介してエミッタ電圧が供給される。
【００４６】
セラミックス基板６の下面は、金属膜２２および半田２６を介して金属基板（ヒートシンク）２４上に接合されている。プラスチック等の材質で形成された外殻ケース２８と金属基板２４とでパッケージ２９が構成され、半導体チップ１１、セラミックス基板６、Ａｌ回路層２、金属膜１５、１８、ボンディングワイア１３、１６とエミッタ用電極端子１９一部分は、パッケージ２９に封止されており、一つのパワーモジュール１０を構成している。金属基板２４はヒートシンクを兼ねるものとして形成できるが、金属基板２４とは別に放熱フィン（ヒートシンク）を設置しても良い。半導体チップ１１で発生した熱は金属基板２４を介して半導体チップ１１の下面側に放熱されることにより、半導体チップ１１が冷却されるため、その動作機能が良好に維持される。
【００４７】
上記構成を有する実施例に係るパワーモジュールによれば、セラミックス基板の接合界面でのボイドの発生を効果的に抑制でき回路層としての金属材の接合強度を高くすることが可能となるため、耐熱サイクル特性を大幅に改善することが可能なパワーモジュールが得られ、十分な信頼性を確保することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係るセラミックス回路基板、その製造方法およびパワーモジュールによれば、セラミックス基板表面に所定厚さのＡｌ合金膜を形成しているため、このＡｌ合金膜の厚さが１μｍ未満と薄い場合であっても、加熱接合時におけるＡｌ元素の拡散および接合面での噴出し（ヒロック現象）が効果的に抑制でき、接合面におけるボイドの発生を効果的に防止でき、また回路基板の接合組立てが容易になり製造コストも大幅に低減できる。
【図１】
0004664816.tif 000008
【図２】
0004664816.tif 000009