(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層の一方の面に回路層が形成され、前記絶縁層の他方の面に金属層が形成されており、この金属層の他方の面にフラックスを使用して被接合体が接合されるパワーモジュール用基板であって、
前記絶縁層と前記金属層との接合面の周縁部には、酸化物と樹脂とを含有するフラックス成分侵入防止層が形成され、
前記酸化物が、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のうちのいずれか１種又は２種以上とされており、
前記フラックス成分侵入防止層は、フィレット形状をなしていることを特徴とするパワーモジュール用基板。
【請求項２】
前記フラックス成分侵入防止層の組成は、前記酸化物を５体積％以上６０体積％以下の範囲内で含み、残部が前記樹脂とされていることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール用基板。
【請求項３】
前記樹脂が、アクリル樹脂であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパワーモジュール用基板。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板と、前記パワーモジュール用基板の前記金属層にフラックスを用いて接合されたヒートシンクと、を備えた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。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板と、前記回路層上に配設された電子部品と、を備えた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】
この発明は、絶縁層の一方の面に回路層が形成され、前記絶縁層の他方の面に金属層が形成されており、この金属層の他方の面にフラックスを使用して被接合体が接合されるパワーモジュール用基板、このパワーモジュール用基板を備えたヒートシンク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ものである。
【背景技術】
【０００２】
上述のパワーモジュール用基板及びヒートシンク付パワーモジュール用基板としては、例えば特許文献１に記載されているように、ＡｌＮ（窒化アルミ）からなるセラミックス基板の両面にＡｌ（アルミニウム）の金属板（回路層及び金属層）が接合されたパワーモジュール用基板と、アルミニウムからなるヒートシンクとが、ろう付けによって接合されたものが提案されている。
また、特許文献２に示す半導体モジュールの冷却装置においては、セラミックス材からなる絶縁基板の両面にＡｌ（アルミニウム）の金属板（上部電極及び下部電極）が接合されており、上部電極に半導体素子が接合された半導体モジュールと、アルミニウムからなる冷却器の天板とが、フラックスを用いたろう付けによって接合されたものが提案されている。
【０００３】
ここで、フラックスを用いたろう付けとしては、ＫＡｌＦ４を主成分とするフラックスを用いたノコロックろう付けがある。
このノコロックろう付けは、主に、アルミニウム部材同士を接合する技術であり、例えばＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔とＫＡｌＦ４を主成分とするフラックスとを、アルミニウム部材同士の間に配置し、フラックスによってアルミニウム部材の表面に形成された酸化膜を除去するとともに、ろう材の溶融を促進して、接合するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１９４２５６号公報
【特許文献２】特開２００９−１０５１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、パワーモジュール用基板とヒートシンクをノコロックろう付けで接合する場合には、フラックス成分であるＫＡｌＦ４がパワーモジュール用基板のセラミックス板と金属板との接合面に侵入し、セラミックス板と金属板との間の接合信頼性が低下するおそれがあった。そのため、特許文献２では、セラミックス板と金属板との接合端部にホウ素や酸化チタン等で構成された接触防止材（フラックス侵入防止層）を塗布することが提案されている。
【０００６】
しかし、このフラックス侵入防止層はパワーモジュール用基板とヒートシンクとの接合前に予め塗布する必要があるが、パワーモジュール用基板とヒートシンクとの接合工程に至るまでには、工場間の輸送、工場内の搬送、接合冶具へのセッティングなどの工程を経る必要があり、そのような工程を経てもフラックス侵入防止層を確実に付着させておく必要がある。
【０００７】
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、フラックスを用いて被接合材を接合した場合であっても、フラックス侵入防止層を確実に付着させておくことができ、絶縁層と金属層との接合信頼性が低下することを抑制できるパワーモジュール用基板、ヒートシンク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】
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明のパワーモジュール用基板は、絶縁層の一方の面に回路層が形成され、前記絶縁層の他方の面に金属層が形成されており、この金属層の他方の面にフラックスを使用して被接合体が接合されるパワーモジュール用基板であって、前記絶縁層と前記金属層との接合面の周縁部には、酸化物と樹脂とを含有するフラックス成分侵入防止層が形成され、前記酸化物が、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のうちのいずれか１種又は２種以上とされており、前記フラックス成分侵入防止層は、フィレット形状をなしていることを特徴としている。
【０００９】
この構成のパワーモジュール用基板によれば、前記絶縁層と前記金属層との接合面の周縁部に、酸化物と樹脂とを含有するフラックス成分侵入防止層が形成されているので、金属層の他方の面にフラックスを使用して被接合体を接合する際に、フラックス成分が前記絶縁層側に移動してきても、フラックス成分が前記酸化物に接触して分解されるため、前記絶縁層と前記金属層との接合面にフラックス成分が進入することを抑制できる。これは、フラックス成分侵入防止層に含まれる酸化物とフラックス成分が反応することにより、フラックス成分が分解し、フラックスとしての活性を失うことによるものと考えられる。
また、樹脂を含有しているので、輸送、搬送またはセッティング等で振動が生じたとしてもフラックス成分侵入防止層を、前記絶縁層と前記金属層との接合面の周縁部に形状を保持したまま確実に付着させておくことができる。
なお、被接合体を接合した際には、その熱によってフラックス成分侵入防止層内の樹脂が分解されることから、被接合体を接合後のパワーモジュール用基板におけるフラックス成分侵入防止層は、ほとんどが酸化物のみで構成されることになる。
また、前記フラックス成分侵入防止層は、フィレット形状をなしているので、絶縁層の他方の面及び金属層の側面にそれぞれ延在するようにフラックス成分侵入防止層が形成されることになり、前記絶縁層と前記金属層との接合面にフラックス成分が進入することを確実に抑制できる。
さらに、前記酸化物が、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のうちのいずれか１種又は２種以上とされている。これら酸化物はフラックス成分と反応することによりフラックス成分を分解し、フラックスを失活することができる。特に、ノコロックろう付けで使用されるＫＡｌＦ４を主成分とするフラックスを、確実に分解することが可能となる。
【００１０】
ここで、前記フラックス成分侵入防止層の組成は、前記酸化物を５体積％以上６０体積％以下の範囲内で含み、残部が前記樹脂とされていることが好ましい。
この場合、酸化物の含有量が５体積％以上とされているので、フラックス成分を確実に分解することができ、前記絶縁層と前記金属層との接合面にフラックス成分が進入することを確実に抑制できる。また、酸化物の含有量が６０体積％以下とされているので、フラックス成分侵入防止層内の樹脂の含有量が確保され、フラックス成分侵入防止層が脱落することを防止できる。
【００１３】
また、前記樹脂が、アクリル樹脂であることが好ましい。
アクリル樹脂は、加熱時に解重合を起こすため、不活性ガス雰囲気下においても良好な熱分解特性を有することになり、焼成後のフラックス成分侵入防止層内に樹脂が残存することを抑制できる。
【００１４】
本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板は、上述のパワーモジュール用基板と、前記パワーモジュール用基板の前記金属層にフラックスを用いて接合されたヒートシンクと、を備えたことを特徴としている。
この構成のヒートシンク付パワーモジュール用基板によれば、絶縁層と金属層との接合面の周縁に前述のフラックス成分侵入防止層が形成されているので、ヒートシンクを接合する際に、フラックス成分が絶縁層と金属層との接合面に侵入することが防止されていることになる。よって、絶縁層と金属層との接合信頼性に優れたヒートシンク付パワーモジュール用基板を提供することが可能となる。
なお、ヒートシンクを接合した際には、その熱によってフラックス成分侵入防止層内の樹脂が分解されることから、ヒートシンク付パワーモジュール用基板におけるフラックス成分侵入防止層は、ほとんどが酸化物のみで構成されることなる。
【００１５】
本発明のパワーモジュールは、上述のパワーモジュール用基板と、前記回路層上に配設された電子部品と、を備えたことを特徴としている。
この構成のパワーモジュールによれば、絶縁層と金属層とが確実に接合されることになり、信頼性を大幅に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、フラックスを用いて被接合材を接合した場合であっても、フラックス侵入防止層を確実に付着させておくことができ、絶縁層と金属板との接合信頼性が低下することを抑制できるパワーモジュール用基板、ヒートシンク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ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態であるパワーモジュール用基板を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板及びパワーモジュールの概略説明図である。
【図３】本発明の実施形態で用いられるフラックス成分侵入防止層形成用ペーストの製造方法を示すフロー図である。
【図４】本発明の実施形態であ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示すフロー図である。
【図５】本発明の実施形態であるパワーモジュール用基板の製造方法を示す説明図である。
【図６】フラックス成分侵入防止層を形成する手順を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態であ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示す説明図である。
【図８】本発明の他の実施形態であるパワーモジュール用基板を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態であるパワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール用基板及びパワーモジュールについて、添付した図面を参照して説明する。
本実施形態であるパワーモジュール用基板１０は、図１に示すように、絶縁層を構成するセラミックス基板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において下面）に配設された金属層１３とを備えている。
【００１９】
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、絶縁性の高いＡｌＮ（窒化アルミ）で構成されている。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、セラミックス基板１１の一方の面に、導電性を有する金属板２２が接合されることにより形成されている（図５参照）。本実施形態においては、回路層１２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がセラミックス基板１１に接合されることにより形成されている。ここで、回路層１２の厚さＡは、０．２ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６ｍｍに設定されている。
【００２１】
金属層１３は、セラミックス基板１１の他方の面に、金属板２３が接合されることにより形成されている（図５参照）。本実施形態においては、金属層１３は、回路層１２と同様に、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がセラミックス基板１１に接合されることで形成されている。ここで、金属層１３の厚さＢは、０．２ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、１．６ｍｍに設定されている。
【００２２】
なお、本実施形態においては、回路層１２の厚さと金属層１３の厚さとの比Ｂ／Ａは、１．５≦Ｂ／Ａ≦２０の範囲内に設定されており、本実施形態では、Ｂ／Ａ＝１．６／０．６＝２．６６７に設定されている。
【００２３】
そして、本実施形態においては、パワーモジュール用基板１０のうちセラミックス基板１１と金属層１３との接合面の周縁部に、フラックス成分侵入防止層５１が形成されている。このフラックス成分侵入防止層５１は、図１に示すように、フィレット形状をなしている。すなわち、セラミックス基板１１の下面及び金属層１３の側面にわたってフラックス成分侵入防止層５１が形成されており、フラックス成分侵入防止層５１によって、セラミックス基板１１と金属層１３との接合面の周縁部が完全に覆われている。
【００２４】
このフラックス成分侵入防止層５１は、酸化物と樹脂とを含有するものであり、より具体的には、酸化物の含有量が５体積％以上６０体積％以下、残部が樹脂とされている。
【００２５】
酸化物としては、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のうちのいずれか１種又は２種以上が用いられている。なお、酸化物の粒径は、０．０１μｍ以上２０μｍ以下の範囲内とされている。
本実施形態では、後述するように、このパワーモジュール用基板１０の金属層１３の他方の面側にヒートシンク４０を、ＫＡｌＦ４を主成分とするフラックスを用いたノコロックろう付けによって接合する。よって、フラックス成分であるＫＡｌＦ４を分解する酸化物として好適なＴｉＯ２が用いられている。より具体的には、ＴｉＯ２を５体積％以上６０体積％以下の範囲内で含有しているのである。
【００２６】
樹脂としては、アクリル樹脂、セルロース樹脂、ブチラール樹脂等を用いることができる。本実施形態では、アクリル樹脂が用いられている。
【００２７】
次に、本実施形態であるパワーモジュール用基板１０を用いたヒートシンク付パワーモジュール用基板３０及びパワーモジュール１について、図２を参照して説明する。
このパワーモジュール１は、ヒートシンク付パワーモジュール用基板３０と、回路層１２の表面にはんだ層２を介して接合された半導体チップ３と、を備えている。
【００２８】
また、本実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板３０は、上述したパワーモジュール用基板１０に、ヒートシンク４０を接合したものである。本実施形態においては、ヒートシンク４０とパワーモジュール用基板１０とは、ＫＡｌＦ４を主成分とするフラックスを用いたノコロックろう付けによって接合されている。
【００２９】
ヒートシンク４０は、前述のパワーモジュール用基板１０を冷却するためのものである。本実施形態であるヒートシンク４０は、パワーモジュール用基板１０と接合される天板部４１と、この天板部４１に対向するように配置された底板部４５と、天板部４１と底板部４５との間に介装されたコルゲートフィン４６と、を備えており、これら天板部４１と底板部４５とコルゲートフィン４６とによって、冷却媒体が流通する流路４２が画成されている。
【００３０】
ここで、ヒートシンク４０が接合される際の熱によって、上述のパワーモジュール用基板１０のフラックス成分侵入防止層５１中の樹脂が熱分解して除去されることになる。したがって、図２に示すヒートシンク付パワーモジュール基板３０におけるフラックス成分侵入防止層５１においては、樹脂成分がほとんどなく、酸化物（本実施形態ではＴｉＯ２）で構成されていることになる。
【００３１】
次に、本実施形態であるパワーモジュール用基板１０のフラックス成分防止層５１を形成する際に用いられるフラックス成分侵入防止層形成用ペースト５０について説明する。
このフラックス成分侵入防止層形成用ペースト５０は、酸化物と、樹脂と、溶剤と、を含有するものであり、より具体的には、酸化物の含有量が１０質量％以上８０質量％以下、樹脂の含有量が５質量％以上３０質量％以下、残部が溶剤とされている。
【００３２】
酸化物としては、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のうちのいずれか１種又は２種以上が用いられている。なお、酸化物の粒径は、０．０１μｍ以上２０μｍ以下の範囲内とされている。
本実施形態では、上述のように、ＫＡｌＦ４を主成分とするフラックスを用いることから、フラックス成分であるＫＡｌＦ４を分解する酸化物として好適なＴｉＯ２が用いられている。より具体的には、ＴｉＯ２を１０質量％以上８０質量％以下の範囲内で含有しているのである。
【００３３】
樹脂としては、アクリル樹脂、セルロース樹脂、ブチラール樹脂等を用いることができる。本実施形態では、アクリル樹脂が用いられており、その含有量が、５質量％以上３０質量％以下の範囲内とされている。
溶剤としては、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ジブチルエーテル等の非極性溶媒が用いられている。
【００３４】
そして、本実施形態であるフラックス成分侵入防止層形成用ペースト５０においては、温度２５℃でのずり速度１０ｓ−１における粘度が、１０ｍPａ・ｓ以上２００００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされ、温度２５℃でのずり速度１００ｓ−１における粘度が、１０ｍPａ・ｓ以上５０００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされている。
さらに、本実施形態においては、温度２５℃でのずり速度１０ｓ−１における粘度を、１００ｍPａ・ｓ以上１００００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされ、温度２５℃でのずり速度１００ｓ−１における粘度を、５０ｍPａ・ｓ以上２５００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされている。
【００３５】
ここで、所定のずり速度における粘度は、ストレスメータにおいて、測定治具としてコーン（４°、直径４０ｍｍ）を用い、このコーンを回転させてフラックス成分侵入防止層形成用ペースト５０に所定のずり速度を与えて、３分後における粘度値とした。
【００３６】
次に、このフラックス成分侵入防止層形成用ペースト５０の製造方法について、図３に示すフロー図を参照して説明する。
まず、溶剤と樹脂とを混合して遊星式撹拌装置によって撹拌し、溶剤中に樹脂を溶解したビークルを作製する（ビークル作製工程Ｓ０１）。
そして、酸化物粉末（ＴｉＯ２粉末）と、ビークルと、を遊星式撹拌装置によって撹拌する（混錬工程Ｓ０２）。  
このようにして、フラックス成分侵入防止層形成用ペースト５０が製出されることになる。
【００３７】
次に、本実施形態であ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ついて、図４から図７を参照にして説明する。
【００３８】
（回路層及び金属層接合工程Ｓ１１）
まず、図５に示すように、セラミックス基板１１の一面側に、回路層１２となる金属板２２（４Ｎアルミニウムの圧延板）が、厚さ５〜５０μｍ（本実施形態では１４μｍ）のろう材箔２４を介して積層され、セラミックス基板１１の他面側に、金属層１３となる金属板２３（４Ｎアルミニウムの圧延板）が厚さ５〜５０μｍ（本実施形態では１４μｍ）のろう材箔２５を介して積層される。なお、本実施形態においては、ろう材箔２４、２５は、融点降下元素であるＳｉを含有したＡｌ−Ｓｉ系のろう材とされている。
【００３９】
次に、金属板２２、セラミックス基板１１、金属板２３を積層方向に加圧（圧力１〜５ｋｇｆ／ｃｍ２）した状態で加熱炉内に装入して加熱する。すると、ろう材箔２４、２５と金属板２２、２３の一部とが溶融し、金属板２２、２３とセラミックス基板１１との界面にそれぞれ溶融金属領域が形成される。ここで、加熱温度は５５０℃以上６５０℃以下、加熱時間は３０分以上１８０分以下とされている。
次に、金属板２２、２３とセラミックス基板１１との界面にそれぞれに形成された溶融金属領域を凝固させることにより、セラミックス基板１１と金属板２２及び金属板２３とを接合する。
【００４０】
（フラックス成分侵入防止層形成工程Ｓ１２）
そして、次に、セラミックス基板１１と金属層１３（金属板２３）との接合面の周縁に、フラックス成分侵入防止層５１を形成する。
ここで、フラックス成分侵入防止層５１の形成方法について、図６を用いて説明する。まず、セラミックス基板１１と金属層１３（金属板２３）との接合面の周縁に向けて、ディスペンサー５３を用いて、フラックス成分侵入防止層用ペースト５０を塗布する（ペースト塗布工程Ｓ２１）。
【００４１】
塗布したフラックス成分侵入防止層用ペースト５０を放置しておく。すると、自重によってフラックス成分侵入防止層用ペースト５０が適度にダレて、図６に示すようにフィレット形状が形成されることになる（フィレット形状形成工程Ｓ２２）。
そして、５０〜１５０℃×３〜３０分間の条件で乾燥を実施する（乾燥工程Ｓ２３）。このとき、フラックス成分侵入防止層形成用ペースト５０内の溶剤が除去され、酸化物（本実施形態ではＴｉＯ２）と樹脂（本実施形態ではアクリル樹脂）とからなるフラックス成分侵入防止層５１が形成されることになる。
【００４２】
（ヒートシンク接合工程Ｓ１３）
次に、図７に示すように、パワーモジュール用基板１０の金属層１３の他方の面側に、ヒートシンク４０を接合する。
具体的には、パワーモジュール用基板１０の金属層１３とヒートシンク４０の天板部４１との間に、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材箔２７と、ＫＡｌＦ４を主成分とするフラックス（図示なし）とを介在させる。
【００４３】
次に、積層されたパワーモジュール用基板１０、ヒートシンク４０を積層方向に加圧（圧力０〜１０ｋｇｆ／ｃｍ２）した状態で、雰囲気加熱炉内に装入して加熱し、金属層１３とヒートシンク４０の天板部４１との間に溶融金属領域を形成する。
ここで、本実施形態では、雰囲気加熱炉内は、窒素ガス雰囲気とされており、加熱温度は５５０℃以上６３０℃以下の範囲内に設定している。
【００４４】
そして、上述の溶融金属領域が凝固することにより、パワーモジュール用基板１０の金属層１３とヒートシンク４０の天板部４１とが接合される。このとき、金属層１３、天板部４１の表面には、酸化被膜が形成されているが、前述のフラックスによってこれらの酸化被膜が除去される。このとき、金属層１３、天板部４１の表面には、酸化被膜が形成されているが、前述のフラックスによってこれらの酸化被膜が除去される。このとき、フラックス成分が液化、気化して、セラミックス基板１１側へと移動することになる。
このようにして、ヒートシンク４０とパワーモジュール用基板１０とが接合されて本実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板３０が製造されることになる。
【００４５】
以上のような構成とされた本実施形態であるパワーモジュール用基板１０によれば、セラミックス基板１１と金属層１３との接合面の周縁部に、酸化物と樹脂とを含有するフラックス成分侵入防止層５１が形成されているので、金属層１３の他方の面に、フラックスを用いてヒートシンク４０を接合する際に、フラックス成分であるＫＡｌＦ４がセラミックス基板１１側に移動してきても、ＫＡｌＦ４がフラックス成分侵入防止層５１の中の酸化物に接触して分解されるため、セラミックス基板１１と金属層１３との接合面にフラックス成分であるＫＡｌＦ４が進入することを抑制できる。
【００４６】
ここで、フラックス成分侵入防止層５１の組成は、酸化物を５体積％以上６０体積％以下の範囲内で含み、残部が樹脂とされているので、フラックス成分を確実に分解することができ、セラミックス基板１１と金属層１３との接合面にフラックス成分が進入することを確実に抑制できる。また、酸化物の含有量が６０体積％以下とされているので、フラックス成分侵入防止層５１内の樹脂の含有量が確保されることになり、ヒートシンク４０を接合するヒートシンク接合工程Ｓ１３までに、パワーモジュール用基板１０からフラックス成分侵入防止層５１が脱落することを防止できる。
【００４７】
また、本実施形態においては、フラックス成分侵入防止層５１がフィレット形状をなしているので、セラミックス基板１１の他方の面及び金属層１３の側面にそれぞれ延在するようにフラックス成分侵入防止層５１が形成されることになり、セラミックス基板１１と金属層１３との接合面にフラックス成分が進入することを確実に抑制できる。
【００４８】
さらに、フラックス成分侵入防止層５１に含まれる酸化物が、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のうちのいずれか１種又は２種以上とされており、本実施形態では、ＴｉＯ２を含有しているので、ノコロックろう付けで使用されるＫＡｌＦ４を主成分とするフラックスを、確実に分解することが可能となる。
また、フラックス成分侵入防止層５１に含まれる樹脂としてアクリル樹脂が用いられている。ここで、アクリル樹脂は、加熱時に解重合を起こし、不活性ガス雰囲気下においても良好な熱分解特性を有することになり、焼成後のフラックス成分侵入防止層５１内に残存することを抑制できる。
【００４９】
さらに、本実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板３０によれば、セラミックス基板１１と金属層１３との接合面の周縁に前述のフラックス成分侵入防止層５１が形成されているので、ヒートシンク４０を接合する際に、フラックス成分であるＫＡｌＦ４がセラミックス基板１１と金属層１３との接合面に侵入することが防止されていることになる。よって、セラミックス基板１１と金属層１３との接合信頼性に優れたヒートシンク付パワーモジュール用基板３０を提供することが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態においては、フラックス成分侵入防止層５１を形成する際に用いられるフラックス成分侵入防止層用ペースト５０として、温度２５℃でのずり速度１０ｓ−１における粘度が、１０ｍPａ・ｓ以上２００００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされ、温度２５℃でのずり速度１００ｓ−１における粘度が、１０ｍPａ・ｓ以上５０００ｍＰａ・ｓ以下の範囲内とされたものを適用しているので、セラミックス基板１１と金属層１３との接合面の周囲に対して、フラックス成分侵入防止層形成用ペースト５０を良好に塗布することができる。また、塗布したフラックス成分侵入防止層形成用ペースト５０が適度にダレることによって、図１、図２に示すような良好なフィレット形状が形成されることになり、フラックス成分侵入防止層５１を確実に形成することができる。
【００５１】
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。
例えば、回路層としてアルミニウム板を用いたもので説明したが、これに限定されることはなく、回路層が銅板で構成されたものであってもよい。
また、ＡｌＮからなるセラミックス基板を用いたものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４等の他のセラミックス基板でもよいし、他の絶縁材を用いたものであってもよい。
さらに、セラミックス基板と回路層及び金属層との接合方法については、本実施形態に限定されることはなく、他の方法で接合されていてもよい。
【００５２】
また、セラミックス基板と金属層との接合面の周縁にフラックス成分侵入防止層を形成したもので説明したが、これに限定されることはなく、図８に示すパワーモジュール用基板１１０のように、セラミックス基板１１１と金属層１１３との接合面の周縁にフラックス成分侵入防止層１５１を形成するのみでなく、回路層１１２とセラミックス基板１１１との接合面の周縁にもフラックス成分侵入防止層１５２を形成してもよい。特に、フラックス成分が気化する場合には、セラミックス基板１１１を越えて回路層１１２とセラミックス基板１１１との接合面に侵入するおそれがあることから、回路層１１２とセラミックス基板１１１との接合面の周縁にもフラックス成分侵入防止層１５２を形成することが好ましい。
【００５３】
フラックスを分解する酸化物としてＴｉＯ２を含有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、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のうちのいずれか１種又は２種以上とされていてもよいし、その他の酸化物であってもよい。この酸化物の種類については、接合に使用されるフラックスに応じて選択することが好ましい。
また、樹脂としてアクリル樹脂を用いたもので説明したが、これに限定されることはなく、他の樹脂を用いてもよい。
【実施例】
【００５４】
以下に、本発明の効果を確認すべく実施した確認実験の結果について説明する。
図３のフロー図に記載した手順で、表１に示す組成のフラックス成分侵入防止層用ペーストを製出した。なお、比較例２では、フラックス成分侵入防止層用ペーストを使用しなかった。
ここで、有機物混合工程Ｓ１においては、遊星式撹拌装置（株式会社シンキー社製ＡＲ−２５０）を用いて３０分間の撹拌を実施し、樹脂を溶剤に溶解させた。
また、混錬工程Ｓ２においては、遊星式撹拌装置（株式会社シンキー社製ＡＲ−２５０）を用いて３０分間の撹拌を実施した。
【００５５】
得られたフラックス成分侵入防止層用ペーストを用いて、上述の実施形態で開示されたパワーモジュール用基板にフラックス成分侵入防止層を形成した。なお、比較例２では、フラックス成分侵入防止層を形成しなかった。
ディスペンサー（武蔵エンジニアリング株式会社社製ＳｕｐｅｒΣ  Ｘ−Ｖ２）に内径０．２６ｍｍのニードルを付け、塗布圧０．２０ｋＰａにて、上述のパワーモジュール用基板のセラミックス基板と金属層との接合面の周縁にフラックス成分侵入防止層用ペーストを塗布した。塗布後、ホットプレート上で８０℃、５分間の乾燥処理を実施した。
【００５６】
まず、フラックス成分進入防止層の脱落試験を実施した。
フラックス成分侵入防止層を形成したパワーモジュール用基板をプラスチックのトレイの上に置き、振盪機にて３００ｒｐｍで３時間振盪を行い、フラックス成分侵入防止層の脱落の有無を観察した。脱落が認められないものを○、０．５ｍｍ以下の欠片が僅かに脱落したと認められたものを△、０．５ｍｍ以上の欠片が脱落したと認められたものを×と評価した。なお、０，５ｍｍ以下の欠片が僅かに脱落しただけであれば実用上問題ないレベルである。
【００５７】
次に、上述のパワーモジュール用基板にヒートシンクの天板部のみを、ノコロックろう付けによって接合して、ヒートシンク付パワーモジュール用基板とした。
まず、得られたヒートシンク付パワーモジュール用基板に対して、セラミックス基板と金属層との接合面を超音波探傷装置（株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス社製Ｆｉｎｅ  ＳＡＴ  ＦＳ−２００）によって観察し、剥離の有無によって、初期の接合信頼性を評価した。
次に、このヒートシンク付パワーモジュール用基板に対して、−４０℃←→１２５℃の冷熱サイクルを１０００サイクル負荷した。そして、セラミックス基板と金属層との接合面を超音波探傷装置（株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス社製Ｆｉｎｅ  ＳＡＴ  ＦＳ−２００）によって観察し、剥離の有無によって、冷熱サイクル後の接合信頼性を評価した。
剥離無しを◎、剥離長さが接合面の一辺の３０％以下の場合を○、剥離長さが接合面の一辺の３０％を超える場合を×と評価した。なお、剥離長さが接合面の一辺の３０％以下であれば実際上支障がないと評価した。
【００５８】
なお、本実施例では、セラミックス基板を３０ｍｍ×２０ｍｍ×０．６３５ｍｍとし、回路層を１３ｍｍ×１０ｍｍ×０．６ｍｍとし、金属層を１３ｍｍ×１０ｍｍ×１．６ｍｍとし、ヒートシンクの天板部を５０ｍｍ×５０ｍｍ×７ｍｍとした。
評価結果を表２に示す。
【００５９】
【表１】
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【００６０】
【表２】
0005344024.tif 000003
【００６１】
酸化物を含有していないフラックス成分侵入防止層が形成された比較例１においては、脱落試験の評価は良好であったが、接合信頼性に劣ることが確認された。これは、フラックス成分侵入防止層が酸化物を有していないため、フラックス成分を分解できず、フラックス成分がセラミックス基板と金属層の接合面に侵入し、接合信頼性が低下したと推測される。
フラックス成分侵入防止層形成用ペーストを形成しなかった比較例２においては、接合信頼性に劣ることが確認された。これは、フラックス成分がセラミックス基板と金属層の接合面に侵入し、接合信頼性が低下したと推測される。
【００６２】
これに対して、酸化物を含有したフラックス成分侵入防止層が形成された実施例１−７においては、接合信頼性が良好であることが確認された。フラックス成分であるＫＡｌＦ４がフラックス成分侵入防止層と接触した際に分解されることから、フラックス成分がセラミックス基板と金属層の接合面に侵入することが防止され、接合信頼性が良好となったと推測される。
【００６３】
さらに、フラックス成分侵入防止層における酸化物の含有量（乾燥後の酸化物量）が７０．１％とされた実施例６においては、樹脂の含有量が少ないため、脱落試験でフラックス成分侵入防止層の一部で脱落が認められた。
また、フラックス成分侵入防止層における酸化物の含有量（乾燥後の酸化物量）が４．５％とされた実施例７においては、酸化物の含有量が少なかったため、実施例１−６と比較すると、若干の接合信頼性の低下が認められた。
【００６４】
以上の確認実験の結果、本発明によれば、ヒートシンクを接合した際に、セラミックス基板と金属層との接合信頼性の低下を防止できることが確認された。
さらに、フラックス成分侵入防止層における酸化物の含有量を望ましくは５体積％以上６０体積％以下の範囲内とすることによって、フラックス成分侵入防止層の脱落を防止できるとともに、より確実に接合信頼性の低下を防止できることが確認された。
【符号の説明】
【００６５】
１０  パワーモジュール用基板
１１  セラミックス基板（絶縁層）
１３  金属層
４０  ヒートシンク
５１  フラックス成分侵入防止層
【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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