(57)【要約】【課題】高い使用温度で使用された場合であっても回路基板からの電子部品やベース板等の剥離が抑制され、信頼性に優れた電子部品搭載回路基板の製造方法を提供する。【解決手段】  セラミックス基板の両面に金属板が接合された回路基板と、前記回路基板の少なくとも一方の金属板に接合された電子部品とを有する電子部品搭載回路基板の製造方法であって、前記電子部品は、少なくとも１２５℃で動作可能である電子部品であり、前記金属板に塗布された前記電子部品搭載回路基板の使用温度よりも高い融点を有するろう材に接触、配置された後、前記融点前後に加熱されることにより接合されたものであることを特徴とする。【選択図】  図１
2007250807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板の両面に金属板が接合された回路基板と、前記回路基板の少なくとも一方の金属板に接合された電子部品とを有する電子部品搭載回路基板の製造方法であって、
前記電子部品は、少なくとも１２５℃で動作可能である電子部品であり、
前記金属板に塗布された前記電子部品搭載回路基板の使用温度よりも高い融点を有するろう材に接触、配置された後、前記融点前後に加熱されることにより接合されたものであることを特徴とする電子部品搭載回路基板の製造方法。
【請求項２】
前記電子部品が複数個あり、かつ、前記複数個の電子部品の全てが一括して前記ろう材に接触、配置された後、前記融点前後に加熱されることにより接合されたものであることを特徴とする請求項１記載の電子部品搭載回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記回路基板の他方の金属板にはベース板が接合されており、前記ベース板は、前記他方の金属板に塗布された前記電子部品搭載回路基板の使用温度よりも高い融点を有するろう材に接触、配置された後、前記融点前後に加熱されることにより接合されたものであり、かつ、前記電子部品と同時に接合されたものであることを特徴とする請求項１または２記載の電子部品搭載回路基板の製造方法。
【請求項４】
前記回路基板における金属板は、前記他方の金属板の厚さに対する前記一方の金属板の厚さの比が５０％以上２００％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の電子部品搭載回路基板の製造方法。
【請求項５】
前記電子部品搭載回路基板の使用温度よりも高い融点を有するろう材は、ＡｇおよびＣｕの２元素の合計した含有量が８５ｗｔ％以上である導電性を有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の電子部品搭載回路基板の製造方法。
【請求項６】
前記電子部品搭載回路基板の使用温度よりも高い融点を有するろう材は、Ａｌの含有量が９０ｗｔ％以上である導電性を有するＡｌ系ろう材であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の電子部品搭載回路基板の製造方法。
【請求項７】
前記電子部品が、半導体単結晶ＳｉＣ素子または熱電変換素子であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の電子部品搭載回路基板の製造方法。
【請求項８】
電極を有するケースと、前記ケース内に収容され、前記電極と電気的に接続される電子部品搭載回路基板と、前記電子部品搭載回路基板を封止するように前記ケース内に充填された絶縁物質とを有するモジュールの製造方法であって、
前記電子部品搭載回路基板が、請求項１乃至７のいずれか１項記載の電子部品搭載回路基板であることを特徴とするモジュールの製造方法。
【請求項９】
セラミックス基板の両面に金属板が接合された回路基板と、前記少なくとも一方の金属板は電子部品を搭載するための回路板である電子部品搭載用回路基板の製造方法であって、
前記電子部品は、少なくとも１２５℃で動作可能である電子部品であり、
前記電子部品を搭載するための回路板上に、前記電子部品の使用温度よりも高い融点を有するろう材を塗布したことを特徴とする電子部品搭載回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品搭載回路基板の製造方法およびそれを用いたモジュールの製造方法に係り、特にセラミックス基板の両面に金属板が接合されてなる回路基板上に高温動作が可能な半導体単結晶ＳｉＣ素子や熱電変換素子等の使用温度が１２５℃以上となる電子部品が好適に取り付けられてなる電子部品搭載回路基板の製造方法およびそれを用いたモジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車や電車等における大電流を制御するものとして、パワーモジュールが使用されている。また、廃熱を利用して発電を行うための熱電発電用装置、半導体プロセスにおける恒温装置、エレクトロデバイスを冷却する熱電冷却装置等の各種装置に熱電変換モジュールが使用されている。
【０００３】
このようなパワーモジュール、熱電変換モジュール等においては、例えばセラミックス基板の両面に金属板が接合された回路基板が用いられている。そして、回路基板の一方の金属板の表面には、Ｓｉ素子や、ｐ型半導体素子およびｎ型半導体素子からなる熱電変換素子等の電子部品が半田付けにより固定されている。また、回路基板の他方の金属板の表面には、ベース板と呼ばれる金属板または複合板が半田付けにより固定され、あるいは、ｐ型半導体素子およびｎ型半導体素子からなる熱電変換素子等の電子部品が半田付けにより固定されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
一方、薄型の半導体素子等の電子部品を銅のような導電性の良好な電極ブロックで挟み、周囲を気密性のシール構造で構成し、電極ブロックの外側より加圧して複数の電子部品を一体化した構造のものも知られている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００２−２０１０７２号公報
【特許文献２】特開２００２−２０３９９３号公報
【特許文献３】特開平１０−０９８１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したようなパワーモジュール、熱電変換モジュール等については、電子部品がＳｉ素子や、主として温調に使用される熱電変換素子等である場合には使用最高温度が１２５℃程度であるため、従来の鉛半田を用いた半田付けや圧接による固定であっても、均等加熱やヒートサイクル（例えば室温〜１２５℃）に十分耐えるものとすることができる。
【０００６】
しかしながら、今後のパワーモジュール、熱電変換モジュール等においては次のような課題がある。例えば、Ｓｉ素子の代わりにＳｉＣ素子のような高温動作型のワイドギャップ半導体単結晶素子を用いた場合、その特性を十分に発揮させるためには３００〜５００℃といった高温で動作させる必要があるが、このような高温で動作するＳｉＣ素子を従来のような半田付けにより安定して回路基板上に固定することは困難である。
【０００７】
また、高温動作型の熱電変換素子を使用した場合、例えば自動車や工場等から排出される５００℃前後の高温廃熱から電気エネルギーを作り出すことができ、環境負荷の低減が期待できるが、一方で上記したパワーモジュールにおける課題と同様、このような高温で使用される熱電変換素子を従来のような半田付けにより安定して回路基板上に固定することは困難である。
【０００８】
このような課題については、高温半田を用いて上記したようなＳｉＣ素子や熱電変換素子等の電子部品を回路基板に接合することが考えられる。しかし、近年、半田の鉛フリー化が望まれており、回路基板に電子部品を半田付けにより接合する場合にも、鉛を含まない半田を使用することが望まれている。そして、高温半田については鉛を含まずに従来と同等以上の特性を得ることが困難であることから、このような高温半田によって上記したようなＳｉＣ素子や熱電変換素子等の電子部品を接合することは実質的に困難である。
【０００９】
また、素子の歩留まりや信頼性から素子サイズは従来のものに比べて微細化され、また素子サイズの微細化により素子の搭載数が大幅に増加すると予想されることから、パワーモジュール等の使用温度はますます高くなるものと予想される。そして、パワーモジュール等の使用温度が高くなるにつれてヒートサイクルは大きくなり、熱変形や熱膨張差による揺動も大きくなることから、ＳｉＣ素子等の電子部品が回路基板から剥離しやすくなり、信頼性を確保することが困難となる。
【００１０】
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、高い使用温度で使用された場合であっても回路基板からの電子部品やベース板等の剥離が抑制され、特に回路基板に高温で動作する複数個の電子部品やベース板等が一括して接合された場合であってもそれらの剥離が抑制され、信頼性に優れた電子部品搭載回路基板を提供することを目的としている。また、本発明は、このような電子部品搭載回路基板を用いたものであって、高い使用温度で使用された場合であっても信頼性に優れたモジュールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電子部品搭載回路基板の製造方法は、セラミックス基板の両面に金属板が接合された回路基板と、前記回路基板の少なくとも一方の金属板に接合された電子部品とを有する電子部品搭載回路基板であって、前記電子部品は、少なくとも１２５℃で動作可能である電子部品であり、前記電子部品は、前記金属板に塗布された前記電子部品搭載回路基板の使用温度よりも高い融点を有するろう材に接触、配置された後、前記融点前後に加熱されることにより接合されたものであることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の電子部品搭載回路基板の製造方法における前記電子部品は複数個あってもよく、このような場合には、前記複数個の電子部品はその全てが一括して前記ろう材に接触、配置された後、前記融点前後に加熱されることにより接合されたものであることが好ましい。
【００１３】
また、前記回路基板の他方の金属板には例えばベース板が接合されていることが好ましく、前記ベース板は、前記他方の金属板に塗布された前記電子部品搭載回路基板の使用温度よりも高い融点を有するろう材に接触、配置された後、前記融点前後に加熱されることにより接合され、かつ、前記電子部品と同時に接合されたものであることが好ましい。
【００１４】
前記回路基板における金属板は、前記他方の金属板の厚さに対する前記一方の金属板の厚さの比が５０％以上２００％以下であることが好ましい。
【００１５】
前記電子部品搭載回路基板の使用温度よりも高い融点を有するろう材としては、例えばＡｇおよびＣｕの２元素の合計した含有量が８５ｗｔ％以上である導電性を有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材が好ましいものとして挙げられる。また、前記電子部品搭載回路基板の使用温度よりも高い融点を有するろう材としては、例えばＡｌの含有量が９０ｗｔ％以上である導電性を有するＡｌ系ろう材も好ましいものとして挙げられる。
【００１６】
本発明の電子部品搭載回路基板に接合される前記電子部品としては、例えば半導体単結晶ＳｉＣ素子、熱電変換素子が好ましいものとして挙げられる。
【００１７】
本発明のモジュールの製造方法は、電極を有するケースと、前記ケース内に収容され、前記電極と電気的に接続される電子部品搭載回路基板と、前記電子部品搭載回路基板を封止するように前記ケース内に充填された絶縁物質とを有するものであって、前記電子部品搭載回路基板が上記したような本発明の電子部品搭載回路基板であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、回路基板における少なくとも一方の金属板上に電子部品搭載回路基板の使用温度よりも高い融点を有するろう材を塗布した後、この塗布したろう材に電子部品を接触、配置し、ろう材の融点前後に加熱して接合することで、使用時の電子部品の剥離等が抑制され、信頼性に優れた電子部品搭載回路基板とすることができる。また、本発明によれば、このような電子部品搭載回路基板を用いてモジュールとすることで、信頼性に優れたモジュールとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の電子部品搭載回路基板について、図面を参照して説明する。図１は本発明の電子部品搭載回路基板１の一例を示した断面図である。
【００２０】
本発明の電子部品搭載回路基板１は、回路基板２として、例えばセラミックス基板３の一方の主面に接合層４を介して金属板５（以下、第１の金属板５と呼ぶ。）が接合され、他方の主面に接合層６を介して金属板７（以下、第２の金属板７と呼ぶ。）が接合されたものを有する。なお、図１において、第１の金属板５は回路用金属板としての役割を有するものであり、第２の金属板７は例えばベース板接合用金属板としての役割を有するものである。
【００２１】
第１の金属板５には、電子部品搭載回路基板１の使用温度よりも高い融点を有するろう材からなるろう材層８（以下、単にろう材層８と呼ぶ。）を介して電子部品９が接合されている。一方、第２の金属板７には、電子部品搭載回路基板１の使用温度よりも高い融点を有するろう材からなるろう材層１０を介してベース板１１が接合されている。
【００２２】
セラミックス基板３は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）焼結体、炭化ケイ素（ＳｉＣ）焼結体等のセラミックス焼結体からなるものである。これらの中でも、高い熱伝導率を有する観点からは窒化アルミニウム焼結体が好適に用いられ、また強度が高く、基板面積を大面積化できる観点からは窒化珪素焼結体が好適に用いられる。
【００２３】
窒化アルミニウム焼結体としては、例えば熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるものが好適に用いられ、２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるものがより好適に用いられる。このような窒化アルミニウム焼結体としては、例えば特開２００２−２０１０７２号公報に開示されるように、直線距離５０μｍに含まれる窒化アルミニウム結晶粒子の数が１５〜３０個となるように窒化アルミニウム粒子の粒径の大きさと焼結助剤からなる粒界相の存在割合を調整し、熱伝導率を２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上としたものが挙げられる。
【００２４】
また、窒化珪素焼結体としては、例えば熱伝導率が６５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるものが好適に用いられ、８５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるものがより好適に用いられる。このような高熱伝導性を有する窒化珪素焼結体としては、例えば焼結後の炉冷温度を１００℃／ｈ以下で炉冷することにより、窒化珪素焼結体中の粒界相を全粒界相に対して２０％以上結晶化したものが好適なものとして挙げられる。
【００２５】
第１の金属板５、第２の金属板７としては、例えば銅またはアルミニウムから選ばれる少なくとも１種の材料を主成分とするものが好適なものとして挙げられる。第１の金属板５および第２の金属板７は、第２の金属板７の厚さに対する第１の金属板５の厚さの比（（第１の金属板５の厚さ／第２の金属板７の厚さ）×１００［％］）が５０％以上２００％以下となっていることが好ましい。
【００２６】
上記厚さの比が５０％未満あるいは２００％を超えると、セラミックス基板３に第１の金属板５および第２の金属板７を接合して得られる回路基板２の反り量が大きくなり、電子部品９やベース板１１を接合するためのろう材層８やろう材層１０となるろう材を均一な厚さに塗布することが困難となる。このため、例えば電子部品９が複数個ある場合、それらを一括して回路基板２上に接触、配置し、接合しようとした場合、それらを均等に接触、配置することが困難となり、接合が不十分となるものが発生するおそれがある。
【００２７】
上記厚さの比を５０％以上２００％以下とすることで、回路基板２の反り量を例えば回路基板２の大きさが６０ｍｍ×６０ｍｍ以下の場合に１５μｍ以下とすることができ、ろう材層８やろう材層１０となるろう材を均一な厚さに塗布することが容易となり、また電子部品９が複数個ある場合に、それらを一括して適切に回路基板２上に接触、配置し、接合することができる。上記厚さの比は、回路基板２の反り量をさらに低減し、ろう材層８やろう材層１０となるろう材を均一に塗布する観点等から、７５％以上１５０％以下とすることが好ましく、１００％程度とすればさらに好ましい。
【００２８】
セラミックス基板３と第１の金属板５あるいは第２の金属板７との接合は、例えば接合層４や接合層６を介して接合される。なお、本発明においては、接合層４や接合層６は必ずしも必要なものではなく、このような接合層４や接合層６を介さずにセラミックス基板３と第１の金属板５あるいは第２の金属板７とを接合できる場合には、必ずしもそれらは形成されていなくてもよい。
【００２９】
セラミックス基板３と第１の金属板５あるいは第２の金属板７との接合は、具体的には、公知の直接接合（ＤＢＣ、ＤＢＡ等）、活性金属接合、ろう材接合等を適用して行うことができる。活性金属接合に用いられる活性金属としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等が挙げられ、これらは１種のみで用いられてもよいし、あるいは、２種以上が併用されていてもよい。このような活性金属を用いた活性金属接合によることで、セラミックス基板３と第１の金属板５あるいは第２の金属板７とを強固に接合させることができる。
【００３０】
電子部品９は、第１の金属板５の両主面のうちセラミックス基板３が接合される主面とは反対側の主面にろう材層８を介して接合され、搭載されている。このような電子部品９としては高温で動作させるもの、例えば半導体単結晶ＳｉＣ素子や、熱電変換素子、特に高温動作型の熱電変換素子が好適なものとして挙げられる。
【００３１】
すなわち、従来のＳｉ素子の代わりにＳｉＣ素子のようなワイドギャップ半導体単結晶素子を用いる場合、その特性を十分に発揮させるためには３００〜５００℃といった高温で動作させる必要があるが、このような高温で動作させるとヒートサイクルが大きくなる（温度差が大きくなる）。このため、電子部品搭載回路基板１の各部の熱変形や熱膨張の差による負荷が大きくなり、信頼性の確保が難しくなる。
【００３２】
また、このような素子の歩留まりや信頼性から素子サイズが従来に比べて微細化され、この素子サイズの微細化により素子の搭載数が増加した場合、使用温度はますます高くなり、電子部品搭載回路基板１の各部の熱変形や熱膨張の差による負荷が大きくなり、信頼性の確保が難しくなる。
【００３３】
本発明の電子部品搭載回路基板１においては、ろう材層８を電子部品搭載回路基板１の使用温度よりも高い融点を有するろう材からなるものとすることで、電子部品９として上記したような高温で使用されるものを接合した場合であっても、使用時におけるそれらの剥離を抑制することができ、信頼性に優れた電子部品搭載回路基板１とすることができる。
【００３４】
なお、本発明の電子部品搭載回路基板１における電子部品９としては、上記したような半導体単結晶ＳｉＣ素子や熱電変換素子、特に高温動作型の熱電変換素子が好適なものとして挙げられるが、必ずしもこのようなものに限られるものではなく、例えば従来から用いられているＳｉ素子、抵抗体素子、コンデンサ素子等も用いることができる。
【００３５】
ベース板１１は、第２の金属板７の両主面のうちセラミックス基板３が接合される主面とは反対側の主面にろう材層１０を介して接合されるものであり、例えば銅またはアルミニウムから選ばれる少なくとも１種の材料を主成分とするものが好適なものとして挙げられる。このようなベース板１１についても、ろう材層１０を電子部品搭載回路基板１の使用温度よりも高い融点を有するろう材からなるものとすることで、使用時における剥離を抑制することができ、信頼性に優れた電子部品搭載回路基板１とすることができる。
【００３６】
なお、本発明においては十分な放熱性を確保する観点からベース板１１を接合することが好ましいが、ベース板１１を接合しなくても十分な放熱性を確保することができる場合には、例えば第２の金属板７にベース板１１としての役割も果たさせることで、ベース板１１は必ずしも接合しなくてもよい。
【００３７】
ろう材層８、１０は、それぞれ第１の金属板５上あるいは第２の金属板７上であって、電子部品９あるいはベース板１１が接合される部分に形成されるものである。ろう材層８、１０は少なくともこのような部分に形成されている必要があるが、絶縁性等に支障がない範囲でその他の部分に形成されていてもよい。
【００３８】
このようなろう材層８、１０は、電子部品搭載回路基板１の使用温度よりも高い融点を有するろう材からなるものである。本発明では、ろう材層８、１０をこのような電子部品搭載回路基板１の使用温度よりも高い融点を有するろう材からなるものとすることで、使用の際のろう材層８、１０の軟化を抑制し、電子部品９、ベース板１１の剥離等を抑制することができる。
【００３９】
また、このようなろう材層８、１０を介して第１の金属板５と電子部品９との接合や、第２の金属板７とベース板１１との接合を行うことで、それらの熱膨張差による熱ストレスを緩和し、剥離等を抑制することができる。これらのことにより、本発明では電子部品搭載回路基板１を信頼性に優れたものとすることができる。
【００４０】
なお、本発明の電子部品搭載回路基板１は少なくとも１２５℃での動作を可能とするものであることから、ろう材層８、１０を構成するろう材の融点は少なくとも１２５℃よりも高いことが必要となる。少なくともこのような融点を有するろう材を用いることで、例えば電子部品９がＳｉ素子の場合には、電子部品搭載回路基板１の最高の使用温度が１２５℃程度であるため、十分に信頼性のある電子部品搭載回路基板１とすることができる。
【００４１】
また、例えば電子部品９がＳｉＣ素子のようなワイドギャップ半導体単結晶素子の場合には、使用温度が３００〜５００℃となるため、ろう材層８、１０を構成するろう材はこのような使用温度よりも高い融点を有するものである必要がある。
【００４２】
さらに、例えば電子部品９が高温動作型の熱電変換素子の場合には、例えば５００℃前後での高温廃熱等に晒されることになるため、ろう材層８、１０を構成するろう材はそれよりも高い融点を有するものである必要がある。
【００４３】
なお、本発明の電子部品搭載回路基板１においては、接合される電子部品９の種類によらず、電子部品搭載回路基板１の実際の使用温度よりも高い融点を有するろう材によってろう材層８、１０が構成されていればよい。
【００４４】
このようなろう材層８、１０を構成するろう材としては、例えば共晶組成を有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材やＡｌ系ろう材等の融点が６００℃以上となるものが好適に用いられる。このようなＡｇ−Ｃｕ系ろう材やＡｌ系ろう材等を用いることで、電子部品搭載回路基板１の使用温度が１２５℃程度の場合についてはもちろんのこと、電子部品９として例えばＳｉＣ素子や高温動作型の熱電変換素子を接合した場合のように、使用温度が５００℃程度となる場合であっても、回路基板２からの電子部品９やベース板１１の剥離等を抑制することができる。
【００４５】
また、Ａｇ−Ｃｕ系ろう材やＡｌ系ろう材等を用いることで、鉛フリー化も容易となる。さらに、Ａｇ−Ｃｕ系ろう材やＡｌ系ろう材等を用いることで、半田濡れ性を向上させるためのメッキ処理を行う必要もなく、製造が容易となる。
【００４６】
Ａｇ−Ｃｕ系ろう材としては、ＡｇおよびＣｕの２元素の合計した含有量が８５重量％以上であり、導電性を有するものが好ましい。ＡｇおよびＣｕの２元素の合計した含有量が８５重量％未満であると、第１の金属板５と電子部品９との接合、あるいは、第２の金属板７とベース板１１との接合が困難となるおそれがあり、また接合自体は可能であるとしてもボイド等が発生し、接合強度が低下するおそれがある。
【００４７】
Ａｇ−Ｃｕ系ろう材は、具体的には、ＡｇおよびＣｕの２元素を合計で８５重量％以上含有し、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆの中から選択される少なくとも１種を１重量％以上５重量％以下含有し、残部がＳｎおよびＩｎの中から選択される１種以上であるものが好ましい。また、ＡｇとＣｕの比率は、ＡｇとＣｕの合計を１００重量部としたとき、Ｃｕを１０〜３５重量部、残部Ａｇとなる組成が好ましく、特に好ましくは共晶組成である。
【００４８】
Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆの中から選択される少なくとも１種を１重量％以上５重量％以下含有するものとすることで、融点を上昇させ、接合強度を向上させつつ、ボイド等の発生も抑制することができる。このようなＡｇ−Ｃｕ系ろう材の中でも、特に、ＡｇおよびＣｕの２元素を合計で８５重量％以上含有し、Ｔｉを１重量％以上５重量％以下含有し、残部がＳｎからなるものが好ましい。
【００４９】
一方、Ａｌ系ろう材としては、Ａｌの含有量が９０重量％以上であり、導電性を有するものが好ましい。Ａｌの含有量が９０重量％未満であると、上記したことと同様に、第１の金属板５と電子部品９との接合、あるいは、第２の金属板７とベース板１１との接合が困難となるおそれがあり、また接合自体は可能であってもボイド等が発生し、接合強度が低下するおそれがある。
【００５０】
Ａｌ系ろう材は、具体的には、Ａｌを９０重量％以上含有し、ＹやＬ（ランタノイド）等の希土類元素の少なくとも１種を０．１重量％以上３重量％以下含有し、残部がＳｉであるものが好ましい。
【００５１】
希土類元素の少なくとも１種を０．１重量％以上３重量％以下含有するものとすることで、融点を上昇させ、接合強度を向上させつつ、ボイド等の発生も抑制することができる。このようなＡｌ系ろう材の中でも、特に、Ａｌを９０重量％以上含有し、Ｙを０．１重量％以上３重量％以下含有し、残部がＳｉからなるものが好ましい。
【００５２】
次に、上記したような電子部品搭載回路基板１の製造方法について説明する。まず、電子部品搭載回路基板１の製造に先立ち、回路基板２を製造する。すなわち、セラミックス基板３の両主面に公知の接合方法により第１の金属板５、第２の金属板７を接合し、回路基板２を製造する。
【００５３】
そして、この回路基板２の第１の金属板５の表面上のうち、少なくとも電子部品９を接合しようとする部分に、電子部品搭載回路基板１の使用温度よりも高い融点を有するろう材のペーストを例えばスクリーン印刷により塗布して、乾燥させる。また、第２の金属板７の表面上のうち少なくともベース板１１を接合しようとする部分にも、同様なろう材のペーストを例えばスクリーン印刷により塗布して、乾燥させる。
【００５４】
さらに、第１の金属板５および第２の金属板７に塗布されたろう材ペースト上に、電子部品９およびベース板１１を接触させて配置し、それらの全体をろう材の融点程度に加熱することにより接合して電子部品搭載回路基板１とする。この際、電子部品９が複数個ある場合には、それらの全てを一括して塗布されたろう材ペースト上に接触させて配置し、接合する。このようにして製造することで、第１の金属板５上に全ての電子部品９を一括して接合することができると共に、均等に接合することができ、同時に第２の金属板７にもベース板１１を接合することができる。
【００５５】
次に、本発明のモジュールについて説明する。図２は、本発明のモジュール２０の一例を示した断面図である。モジュール２０は、ケース２１の内部に上記したような電子部品搭載回路基板１が収容されたものである。電子部品搭載回路基板１はケース２１に設けられた電極２２と導電性ワイヤ２３を介して電気的に接続されている。また、ケース２１内には電子部品搭載回路基板１を封止するように絶縁物質２４が充填されている。絶縁物質２４としては、例えばシリコーンゲル等のゲル状封止体が好適に用いられる。
【００５６】
このようなモジュール２０は、例えば電子部品９としてＳｉＣ素子を接合した電子部品搭載回路基板１を用いることによりパワーモジュールとして用いることができ、また例えば電子部品９として熱電変換素子を接合した電子部品搭載回路基板１を用いることにより熱電変換モジュールとして用いることができる。
【００５７】
次に、電子部品搭載回路基板１のろう材層８、１０を構成するろう材の融点および組成または第２の金属板７の厚さに対する第１の金属板５の厚さの比が、電子部品搭載回路基板１の接合性、動作可能温度に与える影響について実際に電子部品搭載回路基板１を製造して評価を行ったため、それについて説明する。
【００５８】
まず、評価の対象となる電子部品搭載回路基板１は以下のようにして製造した。すなわち、セラミックス基板３として、縦３０ｍｍ×横３５ｍｍ×厚さ０．３２ｍｍ、熱伝導率が９０Ｗ／ｍ・Ｋ、３点曲げ強度が５００ＭＰａ程度のＳｉ３Ｎ４焼結体からなるものを用意した。このセラミックス基板３の両面に活性金属を含むろう材を１５μｍの厚さで印刷し、さらにそれぞれのろう材上に第１の金属板５および第２の金属板７を接触させ、１×１０−３Ｐａの真空中において、８００℃、１０分間の熱処理を施し接合を行った。
【００５９】
ここで、第２の金属板７の厚さは０．２５ｍｍで一定とし、第１の金属板５の厚さは、第２の金属板７の厚さに対する比が表１（金属板厚さの比［％］）に示すようなものとなるようにした。なお、第１の金属板５および第２の金属板７としてはＣｕ板を使用した。
【００６０】
そして、第１の金属板５上にエッチングレジストを所定の形状に印刷し、塩化第二鉄液によりエッチング処理を行い回路パターンを形成した後、エッチングレジストを除去して回路基板２とした。
【００６１】
さらに、第１の金属板５の電子部品９が接合される部分および第２の金属板７のベース板１１が接合される部分に表１に示すような融点、組成を有するろう材を１５μｍの厚さに印刷した。なお、この印刷された部分のろう材がろう材層８、１０となるものである。また、表１に示すＡｇ−Ｃｕ系ろう材を主として構成するＡｇ−Ｃｕ合金は、ＡｇおよびＣｕの合計に対してＣｕを２８質量％含有する共晶組成を有するものである。
【００６２】
そして、第１の金属板５のろう材を印刷した部分に、電子部品９としてｐ型半導体素子とｎ型半導体素子との１対からなる熱電変換素子７２個を接触させて配置し、８００℃、１０分間の熱処理を施すことによりそれらを接合し、図１に示すような構造の電子部品搭載回路基板１を得た。
【００６３】
【表１】
2007250807.tif 000003
【００６４】
次に、製造した各電子部品搭載回路基板１について、目視により電子部品９およびベース基板１１の接合の可能・不可能を調べ、接合が可能であったものについて接合強度を測定した（ＴＣＴ前の接合性）。また、各電子部品搭載回路基板１に対し、−５０℃×３０分→室温×１０分→１５５℃×３０分→室温×１０分を１サイクルとして、３０００サイクルの耐熱サイクル試験を実施した後、目視により電子部品９およびベース基板１１の接合の維持の可能・不可能を調べ、接合の維持が可能であったものについて接合強度を測定した（ＴＣＴ後の接合性）。結果を表２に示す。
【００６５】
なお、表２中、接合性（ＴＣＴ前）における「良好」は、目視により接合が可能であることが確認されると共に、接合強度が９．８ｋＮ／ｍ以上であったことを示し、「不良」は目視により接合が可能であることが確認されたものの、接合強度が９．８ｋＮ／ｍ未満であったことを示し、「接合不可」は目視により接合が不可能であることが確認されたことを示している。
【００６６】
また、接合性（ＴＣＴ後）における「良好」は、目視により接合が維持されていることが確認されると共に、接合強度が９．８ｋＮ／ｍ以上であったことを示し、「不良」は目視により接合が維持されていることが確認されたものの、接合強度が９．８ｋＮ／ｍ未満であったことを示し、「接合維持不可」は目視により接合が維持されていないことが確認されたことを示している。
【００６７】
次に、上記接合性（ＴＣＴ前、ＴＣＴ後）が良好であった電子部品搭載回路基板１について、実際に３００℃または５００℃の条件下で動作させ、動作可能であるかどうかを試験した。結果を表２に示す。
【００６８】
なお、表２中、「５００℃まで」は３００℃および５００℃で動作することが確認されたことを示し、「３００℃まで」は３００℃では動作することが確認されたものの、５００℃では動作が確認されなかったことを示す。
【００６９】
【表２】
2007250807.tif 000004
【００７０】
表１、表２から明らかなように、ろう材層８、１０を構成するろう材としては、特にＡｇおよびＣｕの２元素の合計した含有量が８５ｗｔ％以上であるＡｇ−Ｃｕ系ろう材、または、Ａｌの含有量が９０ｗｔ％以上であるＡｌ系ろう材が好ましいことがわかる。
【００７１】
また、第２の金属板７の厚さに対する第１の金属板５の厚さの比（金属板厚さの比）は、５０％以上２００％以下であることが好ましく、７５％以上１５０％以下であればより好ましいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の電子部品搭載回路基板の一例を示した断面図。
【図２】本発明のモジュールの一例を示した断面図。
【符号の説明】
【００７３】
１…電子部品搭載回路基板、２…回路基板、３…セラミックス基板、４…接合層、５…金属板（第１の金属板）、６…接合層、７…金属板（第２の金属板）、８…ろう材層、９…電子部品、１０…ろう材層、１１…ベース板、２０…モジュール、２１…ケース、２２…電極、２３…導電性ワイヤ、２４…絶縁物質
【図１】
2007250807.tif 000005
【図２】
2007250807.tif 000006