(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金属層が接合されたパワーモジュール用基板と、該パワーモジュール用基板の前記金属層に接合された放熱板とを有する放熱板付パワーモジュール用基板であって、
前記パワーモジュール用基板は、一枚の前記放熱板に複数接合され、
前記回路層が、前記セラミックス基板の一方の面に接合された純度９９．９９質量％以上のアルミニウムからなる第一アルミニウム層と、該第一アルミニウム層に固相拡散接合されたジルコニウム添加耐熱銅合金からなる第一銅層とを有する積層構造とされ、
前記金属層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウムにより形成され、
前記放熱板が、銅又は銅合金により形成された第二銅層と、該第二銅層に固相拡散接合されたアルミニウム合金からなる第二アルミニウム層との積層構造とされ、
前記金属層と前記放熱板の第二銅層とが固相拡散接合されており、
前記第一銅層の厚さをｔ１、耐力をσ１とし、前記放熱板の前記金属層との接合部における第二銅層の厚さをｔ２、耐力をσ２、前記接合部に対応する部分の第二アルミニウム層の厚さをｔ３、耐力をσ３としたときに、（ｔ１×σ１）／｛（ｔ２×σ２）＋（ｔ３×σ３）｝が１．２以上２．０以下とされ、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３が８ｍｍ以下であり、ｔ２が２ｍｍ以上３ｍｍ以下、ｔ３が０．５ｍｍ以上であることを特徴とする放熱板付パワーモジュール用基板。
【請求項２】
請求項１に記載の放熱板付パワーモジュール用基板の前記回路層に接合された半導体素子及び外部接続用リードフレームを備え、前記半導体素子と前記パワーモジュール用基板とが、前記第二アルミニウム層の表面を除いて樹脂モールドにより樹脂封止されてい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、大電流、高電圧を制御する半導体装置に用いられる放熱板付パワーモジュール用基板及びパワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュールには、セラミックス基板の一方の面に、回路層を形成する金属板が接合されるとともに、他方の面に金属層を介して放熱板が接合された放熱板付パワーモジュール用基板が用いられる。そして、このパワーモジュール用基板の回路層の上にはんだ材を介してパワー素子等の半導体素子が搭載される。このようなパワーモジュール用基板において、反りが生じると半導体素子の実装工程において実装不良が発生し、パワーモジュールの歩留りが低下したり、実使用時には放熱性能が阻害されるために、反りの少ない基板とする必要がある。
【０００３】
一方、半導体素子の高出力密度化に伴う小型化が進んでおり、モジュールの集積化の要望が高まっている。一般的なパワーモジュールの集積化として、絶縁基板に複数の回路層を並べて接合する方法が知られているが、絶縁基板に複数の回路層を設けると、製造工程中又は使用時の温度変化により反りが生じ易いという課題がある。
【０００４】
この点、特許文献１には、絶縁基板（セラミックス基板に配線層が形成されてなる配線セラミックス基板）を複数設け、これら複数の絶縁基板をリードフレームで接合した状態とし、絶縁基板及びパワー半導体素子を封止樹脂でモールドしたパワーモジュールが開示されており、セラミックス基板のクラックや封止樹脂の剥離を防止できると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７‐２７２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の方法では、リードフレームに強度を負担させることとなるため、反りの解消には不十分であり、半導体実装時の反りを解消できたとしても、使用環境における温度変化により反りが生じるおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、使用環境も含めて温度変化による形状変化が少なく放熱性に優れ、回路の集積化も可能な放熱板付パワーモジュール用基板及び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】
【０００８】
本発明は、セラミックス基板の一方の面に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金属層が接合されたパワーモジュール用基板と、該パワーモジュール用基板の前記金属層に接合された放熱板とを有する放熱板付パワーモジュール用基板であって、前記パワーモジュール用基板は、一枚の前記放熱板に複数接合され、前記回路層が、前記セラミックス基板の一方の面に接合された純度９９．９９質量％以上のアルミニウムからなる第一アルミニウム層と、該第一アルミニウム層に固相拡散接合されたジルコニウム添加耐熱銅合金からなる第一銅層とを有する積層構造とされ、前記金属層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウムにより形成され、前記放熱板が、銅又は銅合金により形成された第二銅層と、該第二銅層に固相拡散接合されたアルミニウム合金からなる第二アルミニウム層との積層構造とされ、前記金属層と前記放熱板の第二銅層とが固相拡散接合されており、前記第一銅層の厚さをｔ１、耐力をσ１とし、前記放熱板の前記金属層との接合部における第二銅層の厚さをｔ２、耐力をσ２、前記接合部に対応する部分の第二アルミニウム層の厚さをｔ３、耐力をσ３としたときに、（ｔ１×σ１）／｛（ｔ２×σ２）＋（ｔ３×σ３）｝が１．２以上２．０以下とされ、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３が８ｍｍ以下であり、ｔ２が２ｍｍ以上３ｍｍ以下、ｔ３が０．５ｍｍ以上である。
【０００９】
セラミックス基板の両面にアルミニウム層を介して銅層が対称的に積層されるが、他方の面側にはアルミニウム合金からなる第二アルミニウム層がさらに積層されるために、セラミックス基板の両面の積層構造がセラミックス基板を中心とした対称構造ではなく、このため、回路層、金属層及び放熱板の厚さ等の相対的な関係によっては、冷熱サイクル作用時にセラミックス基板の他方の面側に発生する応力が高くなり、回路層側を凸とする反りが生じ易い。
本発明は、回路層の第一銅層、放熱板の第二銅層及び第二アルミニウム層の厚さ及び耐力を上記の範囲に設定することで、セラミックス基板を中心として応力の対称構造を構成することができる。これにより、冷熱サイクル時等にセラミックス基板の両面に作用する応力に偏りが生じ難く、反りを発生しにくくすることができる。したがって、パワーモジュール用基板の製造時における初期反りのみならず、半導体素子の実装工程時や、その後の使用環境においても反りの発生を抑制することができ、絶縁基板としても信頼性を向上でき、良好な放熱性を発揮させることができる。
【００１０】
また、このパワーモジュール用基板は、放熱性を高めるために、水を流す冷却流路内に放熱板を臨ませてねじ止め等により取り付けられるが、放熱板の第二銅層が第二アルミニウム層により覆われた状態であるので、電食の問題も生じない。また、第二銅層の強度がアルミニウムより高いので、ねじ止め等により強固に固定できる。
なお、放熱板が二層構造で剛性が高いので、一枚の放熱板に複数のパワーモジュール用基板を接合した構成とすることも可能であり、高集積化を図ることができる。その場合も、放熱板と各パワーモジュール用基板との接合部において各層の厚さと耐力が上記の関係を満たすように設定すればよい。
また、放熱板の第二アルミニウム層は、冷却流路内に臨ませられる面にピン状、板状等の放熱用フィンを有する構造とすることにより、より放熱性を高めることができる。
ｔ１＋ｔ２＋ｔ３を８ｍｍ以下とすることにより、熱抵抗の増大を防ぐことができ、また、ｔ３を０．５ｍｍ以上とすることにより第二銅層の電食を確実に防止することができる。
【００１２】
本発明のパワーモジュールは、前記放熱板付パワーモジュール用基板の前記回路層に接合された半導体素子及び外部接続用リードフレームを備え、前記半導体素子と前記パワーモジュール用基板とが、前記第二アルミニウム層の表面を除いて樹脂モールドにより樹脂封止されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体素子の実装工程時や使用環境における温度変化による形状変化を抑制することができ、絶縁基板としての信頼性や半導体素子の接続信頼性を向上でき、良好な放熱性を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の放熱板付パワーモジュールを示す断面図である。
【図２】図1の放熱板付パワーモジュール用基板の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明のパワーモジュール用基板の製造に用いる加圧装置の例を示す正面図である。
【図４】第一銅層と放熱板との厚みの関係を説明する放熱板付パワーモジュール用基板の断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態である放熱板付パワーモジュール用基板の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１に示す本実施形態のパワーモジュール１００は、放熱板付パワーモジュール用基板５０と、この放熱板付パワーモジュール用基板５０に接合された半導体素子６０と、外部接続用リードフレーム７０とを備え、半導体素子６０と放熱板付パワーモジュール用基板５０とが樹脂モールド４０により樹脂封止されている。そして、このパワーモジュール１００は、放熱板３０が冷却器８０にねじ止めにより固定される。
【００１６】
放熱板付パワーモジュール用基板５０は、図１及び図２（ｃ）に示すように、複数のパワーモジュール用基板２０が、一枚の放熱板３０に接合されたものである。そして、各パワーモジュール用基板２０は、セラミックス基板１１と、セラミックス基板１１の一方の面にろう付けにより接合された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面にろう付けにより接合された金属層１３とを備える。
【００１７】
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。
【００１８】
回路層１２は、セラミックス基板１１の表面に接合される第一アルミニウム層１５と、その第一アルミニウム層１５に接合された第一銅層１６とを有する積層構造とされる。
この第一アルミニウム層１５は、純アルミニウム又はアルミニウム合金からなる板材を、セラミックス基板１１に接合することにより形成される。本実施形態においては、第一アルミニウム層１５は、純度９９．９９質量％以上で、ＪＩＳ規格では１Ｎ９９（純度９９．９９質量％以上：いわゆる４Ｎアルミニウム）のアルミニウム板がセラミックス基板１１にろう付けされている。また、第一銅層１６は、純銅又は銅合金からなる板材を、第一アルミニウム層１５に接合することにより形成される。本実施形態においては、第一銅層１６は、例えば、ジルコニウム添加耐熱銅合金（三菱伸銅株式会社製のＺＣ合金：Ｃｕ９９．９８質量％‐Ｚｒ０．０２質量％）の銅板が第一アルミニウム層１５に固相拡散接合されている。そして、これら第一アルミニウム層１５及び第一銅層１６の厚みは、第一アルミニウム層１５が０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、第一銅層１６が０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とされる。
【００１９】
金属層１３は、回路層１２の第一アルミニウム層１５と同一材料により形成される。本実施形態においては、金属層１３は、第一アルミニウム層１５と同一の純度９９．９９質量％以上の厚み０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下に形成されたアルミニウム板が、セラミックス基板１１にろう付けされている。
なお、回路層１２と金属層１３とは、ほぼ同じ大きさの平面形状に形成される。
【００２０】
また、このパワーモジュール用基板２０に接合される放熱板３０は、金属層１３に接合される第二銅層３１と、この第二銅層３１に固相拡散接合された第二アルミニウム層３２との積層構造とされる。この放熱板３０の第二銅層３１と金属層１３との間も固相拡散接合される。
第二銅層３１は、純銅又は銅合金ならなる板材により形成され、例えば無酸素銅により、厚み０．５ｍｍ〜５ｍｍの平板状に形成され、図１及び図２（ｃ）に示すように、回路層１２及び金属層１３よりも大きい平面形状に形成される。
また、第二アルミニウム層３２は、Ａ３００３，Ａ６０６３，Ａ５０５２等の純度９９．０質量％未満のアルミニウム合金により形成され、第二銅層３１との接合面を有する板状部３２ａの接合面とは反対面に、多数のフィン３２ｂが一体に形成されている。板状部３２ａは、第二銅層３１の平面と同じ大きさの平面を有し、第二銅層３１の表面を覆うように積層されており、厚さは０．５ｍｍ〜２ｍｍとされる。フィン３２ｂとしては、鍛造加工によりピン状に形成することができ、あるいは押出加工により相互に平行な板状に形成することができる。板状部とは別に作製したフィンを板状部に固着してもよい。
【００２１】
そして、回路層１２の第一銅層１６、放熱板３０の第二銅層３１及び第二アルミニウム層３２の板状部３２ａは、第一銅層１６の厚さをｔ１、耐力をσ１とし、放熱板３０の第一銅層３１の厚さをｔ２、耐力をσ２、第二アルミニウム層３２の板状部３２ａの厚さをｔ３、耐力をσ３としたときに、（ｔ１×σ１）／｛（ｔ２×σ２）＋（ｔ３×σ３）｝が１．２以上２．０以下となる関係に設定される。例えば、第一銅層１６が厚さｔ１＝３．０ｍｍの三菱伸銅株式会社製耐熱合金ＺＣ（耐力σ１＝２８０Ｎ／ｍｍ2）、第二銅層３１が厚さｔ２＝３．０ｍｍの無酸素銅（耐力σ２＝１９０Ｎ／ｍｍ2）、第二アルミニウム層３２の板状部３２ａが厚さｔ３＝１．０ｍｍのＡ６０６３アルミニウム合金（耐力σ３＝５０Ｎ／ｍｍ2）の組み合わせの場合、（ｔ１×σ１）／｛（ｔ２×σ２）＋（ｔ３×σ３）｝＝１．３５となる。なお、本発明における耐力の値は室温（２５℃）時の値である。
また、これら回路層１２の第一銅層１６、放熱板３０の第二銅層３１及び第二アルミニウム層３２の板状部３２ａの厚さ、熱抵抗の増大を防ぐため、その総和（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３）が８ｍｍ以下とするのが好ましい。この場合、放熱板３０の第二アルミニウム層３２は、第二銅層３１の電食防止のために０．５ｍｍ以上の厚さとするのが好ましい。
【００２２】
そして、この放熱板付パワーモジュール用基板５０を構成する各パワーモジュール用基板２０の回路層１２の表面に、半導体素子６０がはんだ付けされており、この半導体素子６０や回路層１２に外部接続用リードフレーム７０が接続される。そして、半導体素子６０とパワーモジュール用基板５０とが、放熱板３０の周縁部及び第二アルミニウム層３２の表面を除いて樹脂モールド４０により樹脂封止されることにより一体化されており、外部接続用リードフレーム７０は、その一部が樹脂モールド４０の外部へと突出するように設けられる。
【００２３】
なお、半導体素子６０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ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の種々の半導体素子が選択される。そして、半導体素子６０を接合するはんだ材は、例えばＳｎ‐Ｓｂ系、Ｓｎ‐Ａｇ系、Ｓｎ‐Ｃｕ系、Ｓｎ‐Ｉｎ系、もしくはＳｎ‐Ａｇ‐Ｃｕ系のはんだ材（いわゆる鉛フリーはんだ材）とされる。
また、外部接続用リードフレーム７０は、例えば銅又は銅合金により形成され、超音波接合やはんだ付け等により接続される。
モールド樹脂４０は、例えばＳｉＯ2フィラー入りのエポキシ系樹脂等を用いることができ、例えばトランスファーモールド法により成形される。
【００２４】
また、このように構成されるパワーモジュール１００は、図１に示すように、冷却器８０に固定された状態で使用される。冷却器８０は、パワーモジュール１００の熱を放散するためのものであり、本実施形態では、水等の冷却媒体が流通するボックス状に形成され、その壁の一部に開口部８１が形成されている。そして、パワーモジュール１００は、冷却器８０の開口部８１から流路８２内にフィン３２ｂを挿入して、放熱板３０の周縁部を開口部８１の周囲の外面にパッキン（図示略）を介して密接させ、ねじ止めにより固定される。
【００２５】
次に、このように構成される放熱板付パワーモジュール用基板５０及びパワーモジュール１００を製造する方法について一例を説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に回路層１２のうち第一アルミニウム層１５を積層し、他方の面に金属層１３を積層して、これらを一体に接合する。これらの接合には、Ａｌ‐Ｓｉ系等の合金のろう材が用いられ、例えばその合金のろう材箔１８を介してセラミックス基板１１と第一アルミニウム層１５及び金属層１３とをそれぞれ積層し、この積層体を図３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。
【００２６】
この図３に示す加圧装置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カーボンシート１１６が配設される。
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、真空雰囲気下でろう付け温度に加熱してろう付けする。この場合の加圧力としては例えば０．６８ＭＰａ（７ｋｇｆ／ｃｍ2）、加熱温度としては例えば６４０℃とされる。
【００２７】
そして、図２（ｂ）に示すように、セラミックス基板１１と第一アルミニウム層１５及び金属層１３とが接合された接合体１９に、第一銅層１６、放熱板３０の第二銅層３１及び第二アルミニウム層３２を接合する。まず、接合体１９の第一アルミニウム層１５に第一銅層１６を積層し、金属層１３に放熱板３０の第二銅層３１、第二アルミニウム層３２を順次積層する。そして、これらの積層体を、図３と同様の加圧装置１１０を用いて積層方向に加圧した状態で、加圧装置１１０ごと真空雰囲気下で加熱して、第一アルミニウム層１５と第一銅層１６、金属層１３と放熱板３０の第二銅層３１、第二銅層３１と第二アルミニウム層３２をそれぞれ固相拡散接合する。この場合の加圧力としては、例えば０．２９ＭＰａ以上３．４３ＭＰａ以下とされ、加熱温度としては４００℃以上５４８℃未満とされ、この加圧及び加熱状態を５分以上２４０分以下保持することにより、第一アルミニウム層１５及び第一銅層１６、金属層１３及び放熱板３０（第二銅層３１及び第二アルミニウム層３２）が同時に固相拡散接合され、放熱板付パワーモジュール用基板５０が得られる。
【００２８】
なお、本実施形態においては、第一アルミニウム層１５と第一銅層１６、金属層１３と放熱板３０の第二銅層３１、及びこの第二銅層３１と第二アルミニウム層３２の、それぞれの接合面は、予め傷が除去されて平滑にされた後に固相拡散接合される。また、固相拡散接合における真空加熱の好ましい加熱温度は、アルミニウムと銅の共晶温度−５℃以上、共晶温度未満の範囲とされる。
【００２９】
なお、第一アルミニウム層１５及び第一銅層１６、金属層１３及び放熱板３０（第二銅層３１及び第二アルミニウム層３２）の固相拡散接合は、同時に行う場合に限定されるものではなく、第一アルミニウム層１５と第一銅層１６とを先に接合して、パワーモジュール用基板２０を形成した後で、金属層１３と放熱板３０（第二銅層３１及び第二アルミニウム層３２）とを接合する、さらには放熱板３０は予め接合しておいた上で、金属層１３に接合する等、工程は上記実施形態に限られるものではない。
【００３０】
そして、このようにして製造された放熱板付パワーモジュール用基板５０の回路層１２に、半導体素子６０をはんだ付け（ダイボンド）する。また、この半導体素子６０及び回路層１２に外部接続用リードフレーム７０を超音波接合や、はんだ付け等の方法により接続した後、半導体素子６０と放熱板付パワーモジュール用基板５０とを樹脂モールド４０によるトランスファーモールド成形により樹脂封止する。
【００３１】
このようにして製造される放熱板付パワーモジュール用基板５０では、第一銅層１６の厚さをｔ１、耐力をσ１とし、放熱板３０の第一銅層３１の厚さをｔ２、耐力をσ２、第二アルミニウム層３２の板状部３２ａの厚さをｔ３、耐力をσ３としたときに、（ｔ１×σ１）／｛（ｔ２×σ２）＋（ｔ３×σ３）｝が１．２以上２．０以下とされているので、加熱時にセラミックス基板１１の両面に生じる応力が、セラミックス基板１１を中心とした対称構造となる。これにより、加熱時等にセラミックス基板１１の両面に作用する応力に偏りが生じ難く、反りを発生しにくくすることができる。したがって、各層の積層時における初期反りのみならず、半導体素子６０の実装工程時や使用環境においても反りの発生を抑制することができ、絶縁基板としても信頼性を向上でき、良好な放熱性を発揮させることができる。また、一枚の放熱板３０に複数のパワーモジュール用基板２０を接合することにより、複数のパワーモジュール用基板２０を正確に位置決めすることができ、高集積化を図ることができる。
【００３２】
さらに、一枚の放熱板３０に複数のパワーモジュール用基板２０を接合した放熱板付パワーモジュール用基板５０を用いることにより、本実施形態のパワーモジュール１００のように、集積化されたパワーモジュールを容易に製造することができる。また、放熱板付パワーモジュール用基板５０は、一枚の放熱板３０により一体化されているので、樹脂圧が作用しても位置ずれや変形が生じ難く、位置精度を出しやすいことから、高集積化を図ることができる。
【００３３】
また、放熱板３０が第二銅層３１と第二アルミニウム層３２との二層構造とされており、強度の高い第二銅層３１を有しているので、これを冷却器８０にねじ止め等により強固に固定することができる。また、その冷却器８０が水冷構造である場合も、第二銅層３１ではなく第二アルミニウム層３２が水に接することになるので、電食の問題も生じない。
【００３４】
なお、上記実施形態では、放熱板３０の第二銅層３１を平板状に形成したが、図４に示す放熱板付パワーモジュール用基板５２のように、放熱板３０の第二銅層５３が一様な厚さの平板状ではなく、厚みの異なる形状部分を有している場合においても、放熱板３０と金属層１３との接合部に対応する部分の第一銅層１６の厚さｔ１及び耐力σ１、金属層１３との接合部における放熱板３０の第二銅層５３の厚さｔ２及び耐力σ２、金属層１３との接合部に対応する部分の第二アルミニウム層３２の板状部３２ａの厚さｔ３及び耐力σ３の関係を、（ｔ１×σ１）／｛（ｔ２×σ２）＋（ｔ３×σ３）｝が１．２以上２．０以下とすることで、セラミックス基板１１を中心とした応力の対象構造を構成することができる。したがって、加熱時等にセラミックス基板１１の両面に作用する応力に偏りが生じ難く、反りを発生しにくくすることができ、良好な放熱性を発揮させることができる。
【００３５】
また、上記実施形態では、放熱板３０に２つの回路（パワーモジュール用基板２０）を搭載した、いわゆる２ｉｎ１構造のパワーモジュールについて説明を行ったが、本発明の放熱板付パワーモジュール用基板及びパワーモジュールの構造を用いれば、３つの回路を搭載した３ｉｎ１構造や、図５に示す放熱板付パワーモジュール用基板５５のように、放熱板３０に６つの回路（パワーモジュール用基板２０）を搭載した６ｉｎ１構造への展開を容易に行うことが可能である。
さらに、半導体素子の両面に放熱板付パワーモジュール用基板をそれぞれ配置する構成とすることで、両面冷却構造とすることも可能である。
【実施例】
【００３６】
次に、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
厚み０．６３５ｍｍのＡｌＮからなるセラミックス基板と、厚み０．６ｍｍの純度９９．９９質量％以上（４Ｎ）のアルミニウムからなる第一アルミニウム層及び金属層とを用意するとともに、第一銅層、放熱板の第二銅層、第二アルミニウム層について表１に示す厚さ、耐力のものを用意した。そして、これらを上記実施形態で述べた接合方法により接合して、放熱板付パワーモジュール用基板の試料を作製した。
なお、各部材の平面サイズは、セラミックス基板が４０ｍｍ×４０ｍｍ、回路層及び金属層が３７ｍｍ×３７ｍｍ、放熱板が１００ｍｍ×１００ｍｍとした。
【００３７】
得られた試料につき、接合後の常温（２５℃）時、実装工程を想定した２８５℃加熱時の反り量をそれぞれ測定した。反り量の測定は、放熱板の背面の平面度の変化を、モアレ式三次元形状測定機を使用して測定したものを反り量として評価した。なお、反り量は、回路層側に凸状に反った場合を正の反り量（＋）、回路層側に凹状に反った場合を負の反り量（−）とした（表１には負の反りの場合のみ符号を付している）。
表１に結果を示す。表１中、比率Ａは（ｔ１×σ１）／｛（ｔ２×σ２）＋（ｔ３×σ３）｝を示し、厚さＢはｔ１＋ｔ２＋ｔ３を示す。
【００３８】
【表１】
0006435711.tif 000002
【００３９】
表１からわかるように、（ｔ１×σ１）／｛（ｔ２×σ２）＋（ｔ３×σ３）｝が１．２以上２．０以下とされた試料では、常温時反り量及び加熱時反り量が小さい放熱板付パワーモジュール基板が得られることが確認された。このような放熱板付パワーモジュール基板を用いることで、高い歩留りで半導体素子を実装することができることがわかる。
【符号の説明】
【００４０】
１１  セラミックス基板
１２  回路層
１３  金属層
１５  第一アルミニウム層
１６  第一銅層
１８  ろう材箔
２０  パワーモジュール用基板
３０  放熱板
３１，５３  第二銅層
３２  第二アルミニウム層
３２ａ  板状部
３２ｂ  フィン
４０  樹脂モールド
５０，５２，５５  放熱板付パワーモジュール用基板
６０  半導体素子
７０  外部接続用リードフレーム
８０  冷却器
１００  パワーモジュール
【図１】
0006435711.tif 000003
【図２】
0006435711.tif 000004
【図３】
0006435711.tif 000005
【図４】
0006435711.tif 000006
【図５】
0006435711.tif 000007