(57)【要約】【課題】コストの安い絶縁回路基板の製造方法を提供する。【解決手段】電気絶縁板の一面に導電材料製回路板６がろう付され、回路板６における電気絶縁板にろう付された面とは反対側の面が電子素子搭載部を有する配線面となされており、電気絶縁板が回路板よりも大きく、かつ電気絶縁板の輪郭が回路板の輪郭よりも外側に位置している絶縁回路基板を製造する方法である。電気絶縁板と回路板６とを、両者間に、別個に形成された厚さが１５〜５０μｍのろう材箔17が存在するように積層する。ろう材箔17層の輪郭の全体を回路板６の輪郭よりも内側に位置させ、この状態で電気絶縁板、回路板６およびろう材箔17を加熱し、ろう材箔17から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板と回路板６とをろう付する。【選択図】図３
2013038123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁板の一面に導電材料製回路板がろう付され、回路板における電気絶縁板にろう付された面とは反対側の面が電子素子搭載部を有する配線面となされており、電気絶縁板が回路板よりも大きく、かつ電気絶縁板の輪郭が回路板の輪郭よりも外側に位置している絶縁回路基板を製造する方法であって、
電気絶縁板と回路板とを、両者間にろう材層が存在するように積層し、ろう材層の輪郭の少なくとも一部分を回路板の輪郭よりも内側に位置させ、この状態で電気絶縁板、回路板およびろう材層を加熱し、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板と回路板とをろう付することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
【請求項２】
ろう材層の厚さを１５〜５０μｍとし、ろう材層の輪郭の全体を回路板の輪郭よりも内側に位置させた状態で、電気絶縁板、回路板およびろう材層を加熱し、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板と回路板とをろう付する請求項１記載の絶縁回路基板の製造方法。
【請求項３】
回路板の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最小値をＬ１mm、回路板の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最大値をＬ２mm、回路板の面積をＳmm２とした場合、ろう材層の厚さが１５μｍの場合に０．００１０≦Ｌ１／Ｓ、Ｌ２／Ｓ≦０．００４８であり、ろう材層の厚さが５０μｍの場合に０．００８５≦Ｌ１／Ｓ、Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９であり、さらにろう材層の厚さが１５〜５０μｍの範囲内において、０．００１０≦Ｌ１／Ｓ≦０．００８５、０．００４８≦Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９という条件を満足する請求項２記載の絶縁回路基板の製造方法。
【請求項４】
ろう材層の厚さをｔとした場合、Ｌ１／Ｓ、およびＬ２／Ｓがろう材層の厚さｔの式で表され、ろう材層の厚さが１５〜５０μｍの範囲内において、Ｌ１／Ｓ＝０．０１７７−（１／８０６）｛１．５６２６＋（２．６８５／ｔ）｝１／２となり、Ｌ２／Ｓ＝０．０２３１−（１．３０５／８０６）｛１．５６２６＋（１．８８５／ｔ）｝１／２となる請求項３記載の絶縁回路基板の製造方法。
【請求項５】
絶縁板がＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉ３Ｎ４よりなる群から選ばれた１種の材料からなり、回路板がアルミニウムからなり、ろう材層がＡｌ−Ｓｉ合金系ろう材からなる請求項１〜４のうちのいずれかに記載の絶縁回路基板の製造方法。
【請求項６】
ろう材層が、回路板および電気絶縁板とは別個に形成されたろう材箔からなる請求項１〜５のうちのいずれかに記載の絶縁回路基板の製造方法。
【請求項７】
電気絶縁板の一面に導電材料製回路板がろう付されるとともに、回路板における電気絶縁板にろう付された面とは反対側の面が電子素子搭載面となされており、電気絶縁板が回路板よりも大きくかつ電気絶縁板の輪郭が回路板の輪郭よりも外側に位置している絶縁回路基板と、絶縁回路基板の絶縁板における回路板がろう付された面とは反対側の面がろう付された冷却器とを備えているパワーモジュール用ベースを、電気絶縁板と回路板および冷却器とを、隣り合うものどうしの間に介在させたろう材層を用いてろう付することにより製造する方法であって、
請求項１〜６のうちのいずれかに記載された方法における電気絶縁板と回路板とを両者間にろう材層が存在するように積層すると同時に、電気絶縁板と冷却器とを両者間にろう材層が存在するように積層し、電気絶縁板、回路板、冷却器およびろう材層を加熱し、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板と回路板および冷却器とをろう付することを特徴とするパワーモジュール用ベースの製造方法。
【請求項８】
電気絶縁板と冷却器との間に熱伝導材料製応力緩和部材を配置するとともに、電気絶縁板および冷却器と応力緩和部材との間にろう材層を配置しておき、電気絶縁板と回路板および応力緩和部材のろう付と同時に、冷却器と応力緩和部材とをろう付する請求項７記載のパワーモジュール用ベースの製造方法。
【請求項９】
請求項１〜６に記載された方法により製造された絶縁回路基板であって、
電気絶縁板と導電材料製回路板との間に、一旦溶融したろう材が再凝固して形成されるとともに回路板と同一の大きさおよび形状である再凝固ろう材層が設けられており、再凝固ろう材層が、周縁が回路板の輪郭よりも小さな第１部分と、第１部分の周囲を囲みかつ周縁が回路板の輪郭と合致した第２部分とよりなり、再凝固ろう材層の第２部分に含まれるＡｌ−Ｓｉ合金の単位体積当たりの量が、再凝固ろう材層の第１部分に含まれるＡｌ−Ｓｉ合金の単位体積当たりの量よりも多くなっている絶縁回路基板。
【請求項１０】
電気絶縁板と導電材料製回路板との間に形成された再凝固ろう材層において、前記第２部分に存在するＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さが、前記第１部分に存在するＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さよりも厚くなっている請求項９記載の絶縁回路基板。
【請求項１１】
回路板の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最小値をＬ１mm、回路板の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最大値をＬ２mm、回路板の面積をＳmm２とした場合、０．００１０≦Ｌ１／Ｓ≦０．００８５、０．００４８≦Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９という条件を満足する請求項９または１０記載の絶縁回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、絶縁回路基板の製造方法に関し、さらに詳しくは、たとえばパワーデバイスなどの電子素子が実装される絶縁回路基板を製造する方法に関する。
【０００２】
この明細書において、「アルミニウム」という用語には、「純アルミニウム」と表現する場合を除いて、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。また、この明細書および特許請求の範囲において、「純アルミニウム」という用語は、純度９９．００wt％以上の純アルミニウムを意味するものとする。
【背景技術】
【０００３】
たとえばIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体素子（電子素子）からなるパワーデバイスを備えたパワーモジュールにおいては、半導体素子から発せられる熱を効率良く放熱して、半導体素子の温度を所定温度以下に保つ必要がある。そこで、従来、パワーデバイスを実装するパワーモジュール用ベースとして、アルミニウム製ヒートシンクおよびヒートシンクにろう付された絶縁回路基板からなり、絶縁回路基板が、ヒートシンクにろう付されたセラミック製電気絶縁板と、電気絶縁板におけるヒートシンクにろう付された面とは反対側の面にろう付されたアルミニウム製回路板とよりなり、回路板における電気絶縁板にろう付された面とは反対側の面が、電子素子搭載部を有する配線面となされているものが知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１記載のパワーモジュール用ベースは、絶縁回路基板の回路板の配線面にニッケルメッキが施された後、電子素子搭載部にパワーデバイスがはんだ付けされることにより実装されてパワーモジュールとして用いられている。そして、パワーデバイスから発せられた熱は、回路板および電気絶縁板を経てヒートシンクに伝えられ、放熱されるようになっている。
【０００５】
ところで、特許文献１記載のパワーモジュール用ベースは、ヒートシンク、電気絶縁板および回路板を、隣り合うものどうしの間にＡｌ−Ｓｉ合金系のろう材を配置した状態で積層し、ヒートシンク、電気絶縁板および回路板を、加圧しつつ加熱してヒートシンクと電気絶縁板および電気絶縁板と回路板とをろう付することにより製造されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載のパワーモジュール用ベースの製造方法では、ヒートシンク、電気絶縁板および回路板を積層状態で加圧しつつ加熱すると、ろう材は、まず外周縁部から溶融し始め、その後徐々に中央部に向けて熱が伝導し溶融が進んでいくので、ろう材の中央部を溶融させるまで加熱しようとすると、その前に、ろう材の外周縁部に存在しておりかつ既に溶融したろう材が、回路板と電気絶縁板との間からしみ出し、さらにその表面張力で凝集することによって、回路板の側面を伝って配線面まで流れて配線面の電子素子搭載部を覆うおそれがあった。そして、溶融したろう材が回路板の配線面の電子素子搭載部を覆い、ここで凝固すると、電子素子搭載部を含んだ配線面全体への良好なニッケルメッキや、電子素子搭載部への電子素子の良好なはんだ付けが困難になる。しかも、凝固したろう材上からニッケルメッキを施した回路板の配線面の電子素子搭載部に電子素子をはんだ付すると、電子素子の熱サイクル寿命を低下させるおそれがある。
【０００７】
そこで、このような問題を解決したパワーモジュール用ベースの製造方法として、セラミック製電気絶縁板の一面とアルミニウム製回路板とをろう付すると同時に、電気絶縁板の他面とアルミニウム製伝熱板とをろう付して絶縁回路基板を製造した後に、絶縁回路基板の伝熱板をヒートシンクにろう付またははんだ付する方法が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２記載の方法において、電気絶縁板と回路板および伝熱板とのろう付は、電気絶縁板と回路板および伝熱板との間にろう材層を配置して行われるが、当該ろう材層としては、表面に回路板の外周縁部が配置される外周部分と、この外周部分に囲まれた内側部分とを備えており、内側部分が、直径０．１μｍ以下の超微粒子粉末のろう材により形成され、外周部分が、内側部分のろう材よりも粒径が大きいろう材により形成されているものが用いられている。
【０００８】
しかしながら、特許文献２記載のパワーモジュール用ベースの製造方法では、電気絶縁板と回路板および伝熱板とのろう付に用いられるろう材層のコストが高くなり、絶縁回路基板およびパワーモジュール用ベースの製造コストが高くなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実公平８−１０２０２号公報
【特許文献２】特開２００８−１８１９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この発明の目的は、上記問題を解決し、コストの安い絶縁回路基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
【００１２】
1)電気絶縁板の一面に導電材料製回路板がろう付され、回路板における電気絶縁板にろう付された面とは反対側の面が電子素子搭載部を有する配線面となされており、電気絶縁板が回路板よりも大きく、かつ電気絶縁板の輪郭が回路板の輪郭よりも外側に位置している絶縁回路基板を製造する方法であって、
電気絶縁板と回路板とを、両者間にろう材層が存在するように積層し、ろう材層の輪郭の少なくとも一部分を回路板の輪郭よりも内側に位置させ、この状態で電気絶縁板、回路板およびろう材層を加熱し、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板と回路板とをろう付することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
【００１３】
2)ろう材層の厚さを１５〜５０μｍとし、ろう材層の輪郭の全体を回路板の輪郭よりも内側に位置させた状態で、電気絶縁板、回路板およびろう材層を加熱し、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板と回路板とをろう付する上記1)記載の絶縁回路基板の製造方法。
【００１４】
3)回路板の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最小値をＬ１mm、回路板の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最大値をＬ２mm、回路板の面積をＳmm２とした場合、ろう材層の厚さが１５μｍの場合に０．００１０≦Ｌ１／Ｓ、Ｌ２／Ｓ≦０．００４８であり、ろう材層の厚さが５０μｍの場合に０．００８５≦Ｌ１／Ｓ、Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９であり、さらにろう材層の厚さが１５〜５０μｍの範囲内において、０．００１０≦Ｌ１／Ｓ≦０．００８５、０．００４８≦Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９という条件を満足する上記2)記載の絶縁回路基板の製造方法。
【００１５】
4)ろう材層の厚さをｔとした場合、Ｌ１／Ｓ、およびＬ２／Ｓがろう材層の厚さｔの式で表され、ろう材層の厚さが１５〜５０μｍの範囲内において、Ｌ１／Ｓ＝０．０１７７−（１／８０６）｛１．５６２６＋（２．６８５／ｔ）｝１／２となり、Ｌ２／Ｓ＝０．０２３１−（１．３０５／８０６）｛１．５６２６＋（１．８８５／ｔ）｝１／２となる上記3)記載の絶縁回路基板の製造方法。
【００１６】
5)電気絶縁板がＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉ３Ｎ４よりなる群から選ばれた１種の材料からなり、回路板がアルミニウムからなり、ろう材層がＡｌ−Ｓｉ合金系ろう材からなる上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の絶縁回路基板の製造方法。
【００１７】
6)ろう材層が、回路板および電気絶縁板とは別個に形成されたろう材箔からなる上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の絶縁回路基板の製造方法。
【００１８】
7)電気絶縁板の一面に導電材料製回路板がろう付されるとともに、回路板における電気絶縁板にろう付された面とは反対側の面が電子素子搭載面となされており、電気絶縁板が回路板よりも大きくかつ電気絶縁板の輪郭が回路板の輪郭よりも外側に位置している絶縁回路基板と、絶縁回路基板の電気絶縁板における回路板がろう付された面とは反対側の面がろう付された冷却器とを備えているパワーモジュール用ベースを、電気絶縁板と回路板および冷却器とを、隣り合うものどうしの間に介在させたろう材層を用いてろう付することにより製造する方法であって、
上記1)〜6)のうちのいずれかに記載された方法における電気絶縁板と回路板とを両者間にろう材層が存在するように積層すると同時に、電気絶縁板と冷却器とを両者間にろう材層が存在するように積層し、電気絶縁板、回路板、冷却器およびろう材層を加熱し、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板と回路板および冷却器とをろう付することを特徴とするパワーモジュール用ベースの製造方法。
【００１９】
8)電気絶縁板と冷却器との間に熱伝導材料製応力緩和部材を配置するとともに、電気絶縁板および冷却器と応力緩和部材との間にろう材層を配置しておき、電気絶縁板と回路板および応力緩和部材のろう付と同時に、冷却器と応力緩和部材とをろう付する上記7)記載のパワーモジュール用ベースの製造方法。
【００２０】
9)上記1)〜6)に記載された方法により製造された絶縁回路基板であって、
電気絶縁板と導電材料製回路板との間に、一旦溶融したろう材が再凝固して形成されるとともに回路板と同一の大きさおよび形状である再凝固ろう材層が設けられており、再凝固ろう材層が、周縁が回路板の輪郭よりも小さな第１部分と、第１部分の周囲を囲みかつ周縁が回路板の輪郭と合致した第２部分とよりなり、再凝固ろう材層の第２部分に含まれるＡｌ−Ｓｉ合金の単位体積当たりの量が、再凝固ろう材層の第１部分に含まれるＡｌ−Ｓｉ合金の単位体積当たりの量よりも多くなっている絶縁回路基板。
【００２１】
10)電気絶縁板と導電材料製回路板との間に形成された再凝固ろう材層において、前記第２部分に存在するＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さが、前記第１部分に存在するＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さよりも厚くなっている上記9)記載の絶縁回路基板。
【００２２】
11)回路板の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最小値をＬ１mm、回路板の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最大値をＬ２mm、回路板の面積をＳmm２とした場合、０．００１０≦Ｌ１／Ｓ≦０．００８５、０．００４８≦Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９という条件を満足する上記9)または10)記載の絶縁回路基板。
【発明の効果】
【００２３】
上記1)〜6)の絶縁回路基板の製造方法によれば、電気絶縁板と回路板とを、両者間にろう材層が存在するように積層し、ろう材層の輪郭の少なくとも一部分を回路板の輪郭よりも内側に位置させ、この状態で電気絶縁板、回路板およびろう材層を加熱し、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板と回路板とをろう付するので、電気絶縁板と回路板とのろう付の際に、電気絶縁板と回路板との間に配置したろう材が溶融してなる溶融ろう材が、回路板の輪郭を形成しかつ回路板の厚み方向に幅を持つ輪郭面を通って回路板の配線面側に流れることが抑制される。したがって、回路板の電子素子搭載部を有する配線面が再凝固したろう材により覆われることが防止され、回路板の配線面に施すニッケルメッキに欠陥が生じることが抑制されるとともに、ニッケルメッキを施した配線面の電子素子搭載部に電子素子を良好にはんだ付けすることが可能になる。しかも、電気絶縁板と回路板とのろう付に、通常のろう材を用いることが可能になり、特許文献２記載の方法で製造された絶縁回路基板に比べて製造コストが安くなる。
【００２４】
上記2)〜4)の絶縁回路基板の製造方法によれば、電気絶縁板と回路板とのろう付の際に、電気絶縁板と回路板との間に配置したろう材が溶融してなる溶融ろう材が、回路板の輪郭を形成しかつ回路板の厚み方向に幅を持つ輪郭面を通って回路板の配線面側に流れることが効果的に抑制される。
【００２５】
上記7)および8)のパワーモジュール用ベースの製造方法によれば、電気絶縁板と回路板とのろう付の際に、電気絶縁板と回路板との間に配置したろう材が溶融してなる溶融ろう材が、回路板の輪郭を形成しかつ回路板の厚み方向に幅を持つ輪郭面を通って回路板の配線面側に流れることが抑制される。したがって、回路板の電子素子搭載部を有する配線面が再凝固したろう材により覆われることが防止され、回路板の配線面に施すニッケルメッキに欠陥が生じることが抑制されるとともに、ニッケルメッキを施した配線面の電子素子搭載部に電子素子を良好にはんだ付けすることが可能になる。しかも、電気絶縁板と回路板とのろう付に、通常のろう材を用いることが可能になり、特許文献２記載の方法で製造された絶縁回路基板に比べて製造コストが安くなる。
【００２６】
上記9)〜11)の絶縁回路基板の場合、溶融後に硬化したろう材によって、回路板の配線面における電子素子搭載部が覆われることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の方法により製造された絶縁回路基板を有するパワーモジュール用ベースにパワーデバイスが実装されたパワーモジュールを示す垂直断面図である。
【図２】図１のパワーモジュール用ベースにおいて、電気絶縁板と回路板との間に形成された再凝固ろう材層を示す図である。
【図３】図１のパワーモジュール用ベースを製造する方法において、電気絶縁板と回路板との間に配置されるろう材箔と、回路板との関係を示す図である。
【図４】Ｌ１／ＳおよびＬ２／Ｓとろう材箔の厚さとの関係を表すグラフである。
【図５】図１のパワーモジュール用ベースを製造する方法において、電気絶縁板と回路板との間に配置されるろう材箔の第１の変形例を示す図３相当の図である。
【図６】図１のパワーモジュール用ベースを製造する方法において、電気絶縁板と回路板との間に配置されるろう材箔の第２の変形例を示す図３相当の図である。
【図７】図１のパワーモジュール用ベースを製造する方法において、電気絶縁板と回路板との間に配置されるろう材箔の第３の変形例を示す図３相当の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、図１の上下を上下というものとする。
【００２９】
図１はこの発明による絶縁回路基板を備えたパワーモジュール用ベースにおける回路板の電子素子搭載部にパワーデバイスが実装されたパワーモジュールを示し、図２は絶縁回路基板を示す。また、図３および図４はパワーモジュール用ベースの製造方法を示す。
【００３０】
図１において、パワーモジュール(1)は、パワーモジュール用ベース(2)と、パワーモジュール用ベース(2)に実装されたパワーデバイス(3)（電子素子）とよりなる。
【００３１】
パワーモジュール用ベース(2)は、長方形のセラミックス製電気絶縁板(5)、電気絶縁板(5)の上面にろう付された長方形の導電材料製回路板(6)、および電気絶縁板(5)の下面にろう付された長方形の熱伝導材料製応力緩和板(7)（応力緩和部材）からなる絶縁回路基板(4)と、絶縁回路基板(4)の応力緩和板(7)の下面がろう付されたアルミニウム製冷却器(8)とからなる。なお、図１においては１つの絶縁回路基板(4)だけが図示されているが、パワーモジュール用ベース(2)は、複数の絶縁回路基板(4)を備えているのが一般的である。
【００３２】
絶縁回路基板(4)の電気絶縁板(5)は、必要とされる絶縁特性、熱伝導率および機械的強度を満たしていれば、どのようなセラミックから形成されていてもよいが、たとえばＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４などにより形成される。電気絶縁板(5)は回路板(6)および応力緩和板(7)よりも大きく、電気絶縁板(5)の輪郭は回路板(6)および応力緩和板(7)の輪郭よりも外側に位置している。
【００３３】
回路板(6)は、導電性に優れたアルミニウム、銅などの金属により形成されるが、電気伝導率および熱伝導率が高く、変形能が高く、しかも半導体素子とのはんだ付け性に優れた純度の高い純アルミニウム、たとえば純度９９．９９質量％以上の純アルミニウムにより形成されていることが好ましい。回路板(6)の厚さは、電気伝導性および熱伝導性を考慮して、５ｍｍ以下、好ましくは０．２ｍｍ以下とされるのが通常である。回路板(6)の上面、すなわち回路板(6)における電気絶縁板(5)にろう付された面とは反対側の面は、電子素子搭載部(11)を有する配線面(9)となされている。
【００３４】
応力緩和板(7)は、熱伝導性に優れたアルミニウム、銅などの金属により形成されるが、熱伝導率が高く、しかも変形能が高い純アルミニウム、たとえば純度９９．９９質量％以上の純アルミニウムにより形成されていることが好ましい。応力緩和板(7)に、応力緩和板(7)の厚み方向（上下方向）にのびる複数の貫通穴(12)が形成されている。なお、応力緩和板(7)には、必ずしも貫通穴が形成されている必要はない。
【００３５】
冷却器(8)は、複数の冷却流体通路(13)が並列状に設けられた扁平中空状であり、熱伝導性に優れるとともに、軽量であるアルミニウムにより形成されていることが好ましい。冷却流体としては、液体および気体のいずれを用いてもよい。なお、冷却器(8)としては、ケース内にインナーフィンが配置されたものが用いられてもよい。
【００３６】
パワーデバイス(3)は、絶縁回路基板(4)の回路板(6)の配線面(9)における電子素子搭載部(11)上にはんだ付けされており、これによりパワーモジュール用ベース(2)に実装されている。パワーデバイス(3)から発せられる熱は、回路板(6)、電気絶縁板(5)および応力緩和板(7)を経て冷却器(8)に伝えられ、冷却流体通路(13)内を流れる冷却流体に放熱されるようになっている。
【００３７】
図１においては図示は省略したが、電気絶縁板(5)と回路板(6)、電気絶縁板(5)と応力緩和板(7)、および応力緩和板(7)と冷却器(8)とは、それぞれＳｉ１０質量％、Ｍｇ１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウムろう材を用いてろう付されており、電気絶縁板(5)と回路板(6)、電気絶縁板(5)と応力緩和板(7)、および応力緩和板(7)と冷却器(8)との間にはそれぞれ一旦溶融したろう材が再凝固して形成された再凝固ろう材層が設けられている。
【００３８】
図２に示すように、電気絶縁板(5)と回路板(6)との間に設けられた再凝固ろう材層(14)は、回路板(6)（図２においては図示略）と同一の大きさおよび形状である。再凝固ろう材層(14)は、輪郭が回路板(6)の輪郭よりも小さな第１部分(15)と、第１部分(15)の周囲を囲みかつ輪郭が回路板(6)の輪郭と合致した第２部分(16)とよりなる。再凝固ろう材層(14)の第２部分(16)に含まれるＡｌ−Ｓｉ合金の単位体積（再凝固ろう材層(14)の単位体積）当たりの量は、再凝固ろう材層(14)の第１部分(15)に含まれるＡｌ−Ｓｉ合金の単位体積（再凝固ろう材層(14)の単位体積）当たりの量よりも多くなっていることが好ましい。なお、再凝固ろう材層(14)の上述したような構成、すなわち第１部分(15)および第２部分(16)の形状および大きさとＡｌ−Ｓｉ合金の量については、たとえば塩化第二鉄液を用いて絶縁回路基板(4)の回路板(6)を溶解除去することによって確認することができる。すなわち、塩化第二鉄液によりＡｌからなる部分が溶解除去されるので、電気電気絶縁板(5)上にＳｉが残留することになり、第２部分(16)の残留Ｓｉ量が第１部分(15)の残留Ｓｉ量よりも多くなる。
【００３９】
また、電気電気絶縁板(5)と回路板(6)との間に設けられた再凝固ろう材層(14)において、第２部分(16)に存在するＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さが、第１部分(15)に存在するＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さよりも厚くなっていることが好ましい。たとえば、再凝固ろう材層(14)の第１部分(15)におけるＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さは１〜３μｍ程度であり、同じく第２部分(16)におけるＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さは３〜１０μｍ程度である。再凝固ろう材層(14)の第１部分(15)および第２部分(16)におけるＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さについては、たとえば再凝固ろう材層(14)の断面を露出させ、アルゴンビームで断面の表面を処理した後に、走査電子顕微鏡を用いたＥＤＳ（エネルギ分散型Ｘ線分光）による元素分析を行うことで確認することができる。
【００４０】
ここで、回路板(6)の輪郭、すなわち第２部分(16)の輪郭における任意の点からろう材層の第１部分(15)の輪郭までの最短距離のうちの最小値をＬ１mm、第２部分(16)（回路板(6)）の輪郭における任意の点からろう材層の第１部分(15)の輪郭までの最短距離のうちの最大値をＬ２mm、回路板(6)の面積、すなわち第１部分(15)および第２部分(16)の合計面積をＳmm２とした場合、０．００１０≦Ｌ１／Ｓ≦０．００８５、０．００４８≦Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９という条件を満足していることが好ましい。
【００４１】
以下、パワーモジュール用ベース(2)の製造方法について説明する。
【００４２】
まず、冷却器(8)上に、応力緩和板(7)、電気絶縁板(5)および回路板(6)をこの順序で配置する。冷却器(8)と応力緩和板(7)との間、応力緩和板(7)と電気絶縁板(5)との間および電気絶縁板(5)と回路板(6)との間に、それぞれアルミニウムろう材層を設けておく。ろう材層は、たとえばＳｉ１０質量％、Ｍｇ１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウムろう材からなる。
【００４３】
冷却器(8)と応力緩和板(7)との間に配置されるろう材層は、アルミニウムろう材からなる箔や、心材の両面にろう材層が形成されたアルミニウムブレージングシートなどからなる。また、冷却器(8)と応力緩和板(7)との間に配置されるろう材層は、応力緩和板(7)の下面に予めクラッドされていてもよい。応力緩和板(7)と電気絶縁板(5)との間に配置されるろう材層は、アルミニウムろう材からなる箔や、心材の両面にろう材層が形成されたアルミニウムブレージングシートからなる。また、応力緩和板(7)と電気絶縁板(5)との間に配置されるろう材層は、応力緩和板(7)の上面に予めクラッドされていてもよい。
【００４４】
電気絶縁板(5)と回路板(6)との間に配置されるろう材層は、上述したアルミニウムろう材によって形成され、かつ電気絶縁板(5)および回路板(6)とは別個に形成されたろう材箔(17)からなる。ろう材箔(17)の厚さは１５〜５０μｍであることが好ましい。また、ろう材箔(17)は、図３に示すように、回路板(6)と相似の方形であり、両者の中心が一致するとともに、ろう材箔(17)の輪郭の全体が回路板(6)の輪郭よりも内側に位置させた状態でろう材箔(17)が配置されている。なお、回路板(6)およびろう材箔(17)の長辺どうしおよび短辺どうしは平行または平行に近くなっている。
【００４５】
ここで、回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材箔(17)の輪郭までの最短距離のうちの最小値をＬ１mm、回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材箔(17)の輪郭までの最短距離のうちの最大値をＬ２mm、回路板(6)の面積をＳmm２とした場合、ろう材箔(17)の厚さが１５μｍの場合に０．００１０≦Ｌ１／Ｓ、Ｌ２／Ｓ≦０．００４８であり、ろう材箔(17)の厚さが５０μｍの場合に０．００８５≦Ｌ１／Ｓ、Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９であり、さらにろう材箔(17)の厚さが１５〜５０μｍの範囲内において、０．００１０≦Ｌ１／Ｓ≦０．００８５、０．００４８≦Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９という条件を満足していることが好ましい。また、ろう材箔(17)の厚さをｔとし、Ｌ１／Ｓ、およびＬ２／Ｓをろう材箔(17)の厚さｔの式で表した場合、ろう材箔(17)の厚さが１５〜５０μｍの範囲内においては、Ｌ１／Ｓ＝０．０１７７−（１／８０６）｛１．５６２６＋（２．６８５／ｔ）｝１／２となり、Ｌ２／Ｓ＝０．０２３１−（１．３０５／８０６）｛１．５６２６＋（１．８８５／ｔ）｝１／２となっていることが好ましい。Ｌ１／ＳおよびＬ２／Ｓの曲線を図４に示す。Ｌ１／Ｓ＜０．０１７７−（１／８０６）｛１．５６２６＋（２．６８５／ｔ）｝１／２の場合、製造された絶縁回路基板(4)において、回路板(6)の配線面(9)に再凝固したろう材が存在することがある。しかしながら、この場合にも、再凝固したろう材は回路板(6)の配線面(9)の一部を覆っているだけであって配線面(9)への良好なニッケルメッキや、配線面(9)の電子素子搭載部(11)への電子素子の良好なはんだ付けを妨げる程ではない。一方、Ｌ２／Ｓ＞０．０２３１−（１．３０５／８０６）｛１．５６２６＋（１．８８５／ｔ）｝１／２の場合、回路板(6)の輪郭寄りの部分と電気絶縁板(5)との間に未ろう付部が生じることがあり、その場合回路板(6)から電気絶縁板(5)への熱伝導性が低下するおそれがある。
【００４６】
その後、適当な治具により回路板(6)、電気絶縁板(5)、応力緩和板(7)および冷却器(8)を加圧した状態にして仮止めしたものを真空雰囲気とされた加熱炉中に入れ、この状態で回路板(6)、電気絶縁板(5)、応力緩和板(7)、冷却器(8)、ろう材箔(17)およびろう材層を適当な温度に適当な時間加熱し、ろう材箔(17)から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板(5)と回路板(6)とをろう付するとともに、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板(5)と応力緩和板(7)とをろう付することにより絶縁回路基板(4)を製造すると同時に、ろう材層から溶け出したろう材を用いて絶縁回路基板(4)の応力緩和板(7)と冷却器(8)とをろう付する。こうして、パワーモジュール用ベース(2)が製造される。
【００４７】
上記実施形態においては、電気絶縁板(5)と回路板(6)とをろう付するろう付層は、電気絶縁板(5)および回路板(6)とは別個に形成されたろう材箔(17)からなるが、これに代えて、回路板(6)に予めクラッドされていてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態においては、電気絶縁板(5)と冷却器(8)との間に応力緩和板(7)が配置されているが、応力緩和板(7)は必ずしも必要とはせず、電気絶縁板(5)が直接冷却器(8)にろう付されていてもよい。
【００４９】
次に、この発明の具体的実施例を比較例とともに述べる。
【００５０】
実施例１〜１６および比較例
この実施例は、図１に示すパワーモジュール用ベースを製造したものである。
【００５１】
焼結助剤を含んだＡｌＮからなりかつ厚さ：０．６３mm、縦：２９mm、横：３４mmの電気絶縁板(5)と、純度９９．９９wt％の純アルミニウムからなりかつ厚さ：０．６ｍｍ、縦：２６mm、横：３１mmの回路板(6)と、純度９９．９９wt％の純アルミニウムからなりかつ厚さ：１．６ｍｍ、縦：２６mm、横：３１mmの応力緩和板(7)とを用意した。また、冷却器(8)の代わりに、JIS Ａ３００３からなりかつ厚さ：５mm、縦：５０mm、横６０mmのアルミニウム板を用意した。
【００５２】
さらに、Ｓｉ１０質量％、Ｍｇ１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウムろう材を用いて、回路板(6)および応力緩和板(7)と相似形状であるとともに、厚さおよび縦横の寸法が異なる複数のろう材箔(17)（実施例１〜１６）と、回路板(6)および応力緩和板(7)と合同形状であるとともに、厚さの異なる複数のろう材箔(17)とをつくった（比較例１〜３）。
【００５３】
ついで、アルミニウム板、応力緩和板(7)、電気絶縁板(5)および回路板(6)を、電気絶縁板(5)と回路板(6)および応力緩和板(7)との間に上述したろう材箔(17)を配置するとともに、アルミニウム板と応力緩和板(7)との間にＳｉ１０質量％、Ｍｇ１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウムろう材によって形成され、かつ厚さおよび縦横の寸法が適当なろう材箔(17)を配置した状態で積層し、８g/mm２の面圧を負荷しながら適当な治具により仮止めした。
【００５４】
ここで、電気絶縁板(5)と回路板(6)および応力緩和板(7)との間に配置したろう材箔(17)の厚さ、回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最小値：Ｌ１mm、回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材箔(17)の輪郭までの最短距離のうちの最大値：Ｌ２mm、ならびに回路板(6)の面積をＳmm２とした場合のＬ１／ＳおよびＬ２／Ｓを表１に示す。
【表１】
2013038123.tif 000003
【００５５】
その後、アルミニウム板、応力緩和板(7)、電気絶縁板(5)および回路板(6)を加圧状態で仮止めしたものを真空雰囲気とされた加熱炉中に入れ、６００℃で１５分間加熱し、ろう材箔(17)から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板(5)と回路板(6)および応力緩和板(7)とをろう付することにより絶縁回路基板(4)を製造すると同時に、ろう材箔から溶け出したろう材を用いて絶縁回路基板(4)の応力緩和板(7)とアルミニウム板とをろう付した。
【００５６】
評価
実施例１〜１６および比較例において電気絶縁板(5)にろう付された回路板(6)の配線面(9)を観察した。
【００５７】
その結果を表１の表面観察結果の欄に示す。表１の表面観察結果の欄において、○印は回路板(6)の配線面(9)に再凝固したろう材が全く存在していなかったことを表し、△印は回路板(6)の配線面(9)に再凝固したろう材が存在するものの、再凝固したろう材は回路板(6)の配線面(9)の一部を覆っているだけであって配線面(9)への良好なニッケルメッキや、配線面(9)の電子素子搭載部(11)への電子素子の良好なはんだ付けを妨げる程ではないことを表す。また、×印は再凝固したろう材は回路板(6)の配線面(9)全体を覆っていることを表す。
【００５８】
表１に示す結果から、ろう材箔(17)の輪郭が回路板(6)の輪郭よりも内側に位置している場合には、製造された絶縁回路基板(4)の回路板(6)の配線面(9)への良好なニッケルメッキ性や、配線面(9)の電子素子搭載部(11)への電子素子のはんだ付け性が低下しないことが分かる。
【００５９】
図５〜図７は電気絶縁板(5)と回路板(6)とをろう付するろう材箔の変形例を示す。
【００６０】
図５に示すろう材箔(20)の場合、ろう材箔(20)は、回路板(6)と相似の方形であるとともに、ろう材箔(20)の輪郭の全体が回路板(6)の輪郭よりも内側に位置させた状態で配置されるが、ろう材箔(20)と回路板(6)との中心はずれている。なお、回路板(6)およびろう材箔(20)の長辺どうしおよび短辺どうしは平行または平行に近くなっている。
【００６１】
このろう材箔(20)を用いた場合、回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最小値：Ｌ１mm、および回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材箔(20)の輪郭までの最短距離のうちの最大値：Ｌ２mmは図５に示す通りとなる。
【００６２】
図６に示すろう材箔(21)の場合、ろう材箔(21)はひし形であり、ろう材箔(21)と回路板(6)との中心が一致するように、ろう材箔(21)の輪郭の全体が回路板(6)の輪郭よりも内側に位置させた状態で配置される。なお、ろう材箔(21)の長い対角線は回路板(6)の長辺と平行または平行に近くなり、短い対角線は回路板(6)の短辺と平行または平行に近くなる。
【００６３】
このろう材箔(21)を用いた場合、回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最小値：Ｌ１mm、および回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材箔(21)の輪郭までの最短距離のうちの最大値：Ｌ２mmは図６に示す通りとなる。
【００６４】
図７に示すろう材箔(22)の場合、ろう材箔(22)はだ円形であり、ろう材箔(22)と回路板(6)との中心が一致するように、ろう材箔(22)の輪郭の全体が回路板(6)の輪郭よりも内側に位置させた状態で配置される。なお、ろう材箔(22)の長径は回路板(6)の長辺と平行または平行に近くなり、短径は回路板(6)の短辺と平行または平行に近くなる。
【００６５】
このろう材箔(22)を用いた場合、回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最小値：Ｌ１mm、および回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材箔(22)の輪郭までの最短距離のうちの最大値：Ｌ２mmは図７に示す通りとなる。
【００６６】
図５〜図７に示すこのろう材箔(20)(21)(22)においても、回路板(6)の面積をＳmm２とすると、厚さが１５μｍの場合に０．００１０≦Ｌ１／Ｓ、Ｌ２／Ｓ≦０．００４８であり、厚さが５０μｍの場合に０．００８５≦Ｌ１／Ｓ、Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９であり、さらにろう材層の厚さが１５〜５０μｍの範囲内において、０．００１０≦Ｌ１／Ｓ≦０．００８５、０．００４８≦Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９という条件を満足していることが好ましい。また、ろう材箔(20)(21)(22)の厚さをｔとし、Ｌ１／Ｓ、およびＬ２／Ｓをろう材箔(20)(21)(22)の厚さｔの式で表した場合、ろう材箔(22)の厚さが１５〜５０μｍの範囲内においては、Ｌ１／Ｓ＝０．０１７７−（１／８０６）｛１．５６２６＋（２．６８５／ｔ）｝１／２となり、Ｌ２／Ｓ＝０．０２３１−（１．３０５／８０６）｛１．５６２６＋（１．８８５／ｔ）｝１／２となっていることが好ましい。
【符号の説明】
【００６７】
(1)：パワーモジュール
(2)：パワーモジュール用ベース
(3)：パワーデバイス
(4)：絶縁回路基板
(5)：電気絶縁板
(6)：回路板
(7)：応力緩和板（応力緩和部材）
(8)：冷却器
(9)：配線面
(11)：電子素子搭載部
(14)：再凝固ろう材層
(15)：第１部分
(16)：第２部分
(17)(20)(21)(22)：ろう材箔
【図１】
2013038123.tif 000004
【図２】
2013038123.tif 000005
【図３】
2013038123.tif 000006
【図４】
2013038123.tif 000007
【図５】
2013038123.tif 000008
【図６】
2013038123.tif 000009
【図７】
2013038123.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成23年8月9日(2011.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、絶縁回路基板の製造方法に関し、さらに詳しくは、たとえばパワーデバイスなどの電子素子が実装される絶縁回路基板を製造する方法に関する。
【０００２】
この明細書において、「アルミニウム」という用語には、「純アルミニウム」と表現する場合を除いて、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。また、この明細書および特許請求の範囲において、「純アルミニウム」という用語は、純度９９．００wt％以上の純アルミニウムを意味するものとする。
【背景技術】
【０００３】
たとえばIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体素子（電子素子）からなるパワーデバイスを備えたパワーモジュールにおいては、半導体素子から発せられる熱を効率良く放熱して、半導体素子の温度を所定温度以下に保つ必要がある。そこで、従来、パワーデバイスを実装するパワーモジュール用ベースとして、アルミニウム製ヒートシンクおよびヒートシンクにろう付された絶縁回路基板からなり、絶縁回路基板が、ヒートシンクにろう付されたセラミック製電気絶縁板と、電気絶縁板におけるヒートシンクにろう付された面とは反対側の面にろう付されたアルミニウム製回路板とよりなり、回路板における電気絶縁板にろう付された面とは反対側の面が、電子素子搭載部を有する配線面となされているものが知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１記載のパワーモジュール用ベースは、絶縁回路基板の回路板の配線面にニッケルメッキが施された後、電子素子搭載部にパワーデバイスがはんだ付けされることにより実装されてパワーモジュールとして用いられている。そして、パワーデバイスから発せられた熱は、回路板および電気絶縁板を経てヒートシンクに伝えられ、放熱されるようになっている。
【０００５】
ところで、特許文献１記載のパワーモジュール用ベースは、ヒートシンク、電気絶縁板および回路板を、隣り合うものどうしの間にＡｌ−Ｓｉ合金系のろう材を配置した状態で積層し、ヒートシンク、電気絶縁板および回路板を、加圧しつつ加熱してヒートシンクと電気絶縁板および電気絶縁板と回路板とをろう付することにより製造されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載のパワーモジュール用ベースの製造方法では、ヒートシンク、電気絶縁板および回路板を積層状態で加圧しつつ加熱すると、ろう材は、まず外周縁部から溶融し始め、その後徐々に中央部に向けて熱が伝導し溶融が進んでいくので、ろう材の中央部を溶融させるまで加熱しようとすると、その前に、ろう材の外周縁部に存在しておりかつ既に溶融したろう材が、回路板と電気絶縁板との間からしみ出し、さらにその表面張力で凝集することによって、回路板の側面を伝って配線面まで流れて配線面の電子素子搭載部を覆うおそれがあった。そして、溶融したろう材が回路板の配線面の電子素子搭載部を覆い、ここで凝固すると、電子素子搭載部を含んだ配線面全体への良好なニッケルメッキや、電子素子搭載部への電子素子の良好なはんだ付けが困難になる。しかも、凝固したろう材上からニッケルメッキを施した回路板の配線面の電子素子搭載部に電子素子をはんだ付すると、電子素子の熱サイクル寿命を低下させるおそれがある。
【０００７】
そこで、このような問題を解決したパワーモジュール用ベースの製造方法として、セラミック製電気絶縁板の一面とアルミニウム製回路板とをろう付すると同時に、電気絶縁板の他面とアルミニウム製伝熱板とをろう付して絶縁回路基板を製造した後に、絶縁回路基板の伝熱板をヒートシンクにろう付またははんだ付する方法が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２記載の方法において、電気絶縁板と回路板および伝熱板とのろう付は、電気絶縁板と回路板および伝熱板との間にろう材層を配置して行われるが、当該ろう材層としては、表面に回路板の外周縁部が配置される外周部分と、この外周部分に囲まれた内側部分とを備えており、内側部分が、直径０．１μｍ以下の超微粒子粉末のろう材により形成され、外周部分が、内側部分のろう材よりも粒径が大きいろう材により形成されているものが用いられている。
【０００８】
しかしながら、特許文献２記載のパワーモジュール用ベースの製造方法では、電気絶縁板と回路板および伝熱板とのろう付に用いられるろう材層のコストが高くなり、絶縁回路基板およびパワーモジュール用ベースの製造コストが高くなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実公平８−１０２０２号公報
【特許文献２】特開２００８−１８１９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この発明の目的は、上記問題を解決し、コストの安い絶縁回路基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
【００１２】
1)電気絶縁板の一面に導電材料製回路板がろう付され、回路板における電気絶縁板にろう付された面とは反対側の面が電子素子搭載部を有する配線面となされており、電気絶縁板が回路板よりも大きく、かつ電気絶縁板の輪郭が回路板の輪郭よりも外側に位置している絶縁回路基板を製造する方法であって、
電気絶縁板と回路板とを、両者間にろう材層が存在するように積層し、ろう材層の輪郭の少なくとも一部分を回路板の輪郭よりも内側に位置させ、この状態で電気絶縁板、回路板およびろう材層を加熱し、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板と回路板とをろう付することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
【００１３】
2)ろう材層の厚さを１５〜５０μｍとし、ろう材層の輪郭の全体を回路板の輪郭よりも内側に位置させた状態で、電気絶縁板、回路板およびろう材層を加熱し、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板と回路板とをろう付する上記1)記載の絶縁回路基板の製造方法。
【００１４】
3)回路板の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最小値をＬ１mm、回路板の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最大値をＬ２mm、回路板の面積をＳmm２とした場合、ろう材層の厚さが１５μｍの場合に０．００１０≦Ｌ１／Ｓ、Ｌ２／Ｓ≦０．００４８であり、ろう材層の厚さが５０μｍの場合に０．００８５≦Ｌ１／Ｓ、Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９であり、さらにろう材層の厚さが１５〜５０μｍの範囲内において、０．００１０≦Ｌ１／Ｓ≦０．００８５、０．００４８≦Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９という条件を満足する上記2)記載の絶縁回路基板の製造方法。
【００１５】
4)ろう材層の厚さをｔとした場合、Ｌ１／Ｓ、およびＬ２／Ｓがろう材層の厚さｔの式で表され、ろう材層の厚さが１５〜５０μｍの範囲内において、Ｌ１／Ｓ＝０．０１７７−（１／８０６）｛１．５６２６＋（２．６８５／ｔ）｝１／２となり、Ｌ２／Ｓ＝０．０２３１−（１．３０５／８０６）｛１．５６２６＋（１．８８５／ｔ）｝１／２となる上記3)記載の絶縁回路基板の製造方法。
【００１６】
5)電気絶縁板がＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉ３Ｎ４よりなる群から選ばれた１種の材料からなり、回路板がアルミニウムからなり、ろう材層がＡｌ−Ｓｉ合金系ろう材からなる上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の絶縁回路基板の製造方法。
【００１７】
6)ろう材層が、回路板および電気絶縁板とは別個に形成されたろう材箔からなる上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の絶縁回路基板の製造方法。
【００１８】
7)電気絶縁板の一面に導電材料製回路板がろう付されるとともに、回路板における電気絶縁板にろう付された面とは反対側の面が電子素子搭載面となされており、電気絶縁板が回路板よりも大きくかつ電気絶縁板の輪郭が回路板の輪郭よりも外側に位置している絶縁回路基板と、絶縁回路基板の電気絶縁板における回路板がろう付された面とは反対側の面がろう付された冷却器とを備えているパワーモジュール用ベースを、電気絶縁板と回路板および冷却器とを、隣り合うものどうしの間に介在させたろう材層を用いてろう付することにより製造する方法であって、
上記1)〜6)のうちのいずれかに記載された方法における電気絶縁板と回路板とを両者間にろう材層が存在するように積層すると同時に、電気絶縁板と冷却器とを両者間にろう材層が存在するように積層し、電気絶縁板、回路板、冷却器およびろう材層を加熱し、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板と回路板および冷却器とをろう付することを特徴とするパワーモジュール用ベースの製造方法。
【００１９】
8)電気絶縁板と冷却器との間に熱伝導材料製応力緩和部材を配置するとともに、電気絶縁板および冷却器と応力緩和部材との間にろう材層を配置しておき、電気絶縁板と回路板および応力緩和部材のろう付と同時に、冷却器と応力緩和部材とをろう付する上記7)記載のパワーモジュール用ベースの製造方法。
【００２０】
9)上記1)〜6)に記載された方法により製造された絶縁回路基板であって、
電気絶縁板と導電材料製回路板との間に、一旦溶融したろう材が再凝固して形成されるとともに回路板と同一の大きさおよび形状である再凝固ろう材層が設けられており、再凝固ろう材層が、周縁が回路板の輪郭よりも小さな第１部分と、第１部分の周囲を囲みかつ周縁が回路板の輪郭と合致した第２部分とよりなり、再凝固ろう材層の第２部分に含まれるＡｌ−Ｓｉ合金の単位体積当たりの量が、再凝固ろう材層の第１部分に含まれるＡｌ−Ｓｉ合金の単位体積当たりの量よりも多くなっている絶縁回路基板。
【００２１】
10)電気絶縁板と導電材料製回路板との間に形成された再凝固ろう材層において、前記第２部分に存在するＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さが、前記第１部分に存在するＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さよりも厚くなっている上記9)記載の絶縁回路基板。
【００２２】
11)回路板の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最小値をＬ１mm、回路板の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最大値をＬ２mm、回路板の面積をＳmm２とした場合、０．００１０≦Ｌ１／Ｓ≦０．００８５、０．００４８≦Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９という条件を満足する上記9)または10)記載の絶縁回路基板。
【発明の効果】
【００２３】
上記1)〜6)の絶縁回路基板の製造方法によれば、電気絶縁板と回路板とを、両者間にろう材層が存在するように積層し、ろう材層の輪郭の少なくとも一部分を回路板の輪郭よりも内側に位置させ、この状態で電気絶縁板、回路板およびろう材層を加熱し、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板と回路板とをろう付するので、電気絶縁板と回路板とのろう付の際に、電気絶縁板と回路板との間に配置したろう材が溶融してなる溶融ろう材が、回路板の輪郭を形成しかつ回路板の厚み方向に幅を持つ輪郭面を通って回路板の配線面側に流れることが抑制される。したがって、回路板の電子素子搭載部を有する配線面が再凝固したろう材により覆われることが防止され、回路板の配線面に施すニッケルメッキに欠陥が生じることが抑制されるとともに、ニッケルメッキを施した配線面の電子素子搭載部に電子素子を良好にはんだ付けすることが可能になる。しかも、電気絶縁板と回路板とのろう付に、通常のろう材を用いることが可能になり、特許文献２記載の方法で製造された絶縁回路基板に比べて製造コストが安くなる。
【００２４】
上記2)〜4)の絶縁回路基板の製造方法によれば、電気絶縁板と回路板とのろう付の際に、電気絶縁板と回路板との間に配置したろう材が溶融してなる溶融ろう材が、回路板の輪郭を形成しかつ回路板の厚み方向に幅を持つ輪郭面を通って回路板の配線面側に流れることが効果的に抑制される。
【００２５】
上記7)および8)のパワーモジュール用ベースの製造方法によれば、電気絶縁板と回路板とのろう付の際に、電気絶縁板と回路板との間に配置したろう材が溶融してなる溶融ろう材が、回路板の輪郭を形成しかつ回路板の厚み方向に幅を持つ輪郭面を通って回路板の配線面側に流れることが抑制される。したがって、回路板の電子素子搭載部を有する配線面が再凝固したろう材により覆われることが防止され、回路板の配線面に施すニッケルメッキに欠陥が生じることが抑制されるとともに、ニッケルメッキを施した配線面の電子素子搭載部に電子素子を良好にはんだ付けすることが可能になる。しかも、電気絶縁板と回路板とのろう付に、通常のろう材を用いることが可能になり、特許文献２記載の方法で製造された絶縁回路基板に比べて製造コストが安くなる。
【００２６】
上記9)〜11)の絶縁回路基板の場合、溶融後に硬化したろう材によって、回路板の配線面における電子素子搭載部が覆われることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の方法により製造された絶縁回路基板を有するパワーモジュール用ベースにパワーデバイスが実装されたパワーモジュールを示す垂直断面図である。
【図２】図１のパワーモジュール用ベースにおいて、電気絶縁板と回路板との間に形成された再凝固ろう材層を示す図である。
【図３】図１のパワーモジュール用ベースを製造する方法において、電気絶縁板と回路板との間に配置されるろう材箔と、回路板との関係を示す図である。
【図４】Ｌ１／ＳおよびＬ２／Ｓとろう材箔の厚さとの関係を表すグラフである。
【図５】図１のパワーモジュール用ベースを製造する方法において、電気絶縁板と回路板との間に配置されるろう材箔の第１の変形例を示す図３相当の図である。
【図６】図１のパワーモジュール用ベースを製造する方法において、電気絶縁板と回路板との間に配置されるろう材箔の第２の変形例を示す図３相当の図である。
【図７】図１のパワーモジュール用ベースを製造する方法において、電気絶縁板と回路板との間に配置されるろう材箔の第３の変形例を示す図３相当の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、図１の上下を上下というものとする。
【００２９】
図１はこの発明による絶縁回路基板を備えたパワーモジュール用ベースにおける回路板の電子素子搭載部にパワーデバイスが実装されたパワーモジュールを示し、図２は絶縁回路基板を示す。また、図３および図４はパワーモジュール用ベースの製造方法を示す。
【００３０】
図１において、パワーモジュール(1)は、パワーモジュール用ベース(2)と、パワーモジュール用ベース(2)に実装されたパワーデバイス(3)（電子素子）とよりなる。
【００３１】
パワーモジュール用ベース(2)は、長方形のセラミックス製電気絶縁板(5)、電気絶縁板(5)の上面にろう付された長方形の導電材料製回路板(6)、および電気絶縁板(5)の下面にろう付された長方形の熱伝導材料製応力緩和板(7)（応力緩和部材）からなる絶縁回路基板(4)と、絶縁回路基板(4)の応力緩和板(7)の下面がろう付されたアルミニウム製冷却器(8)とからなる。なお、図１においては１つの絶縁回路基板(4)だけが図示されているが、パワーモジュール用ベース(2)は、複数の絶縁回路基板(4)を備えているのが一般的である。
【００３２】
絶縁回路基板(4)の電気絶縁板(5)は、必要とされる絶縁特性、熱伝導率および機械的強度を満たしていれば、どのようなセラミックから形成されていてもよいが、たとえばＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４などにより形成される。電気絶縁板(5)は回路板(6)および応力緩和板(7)よりも大きく、電気絶縁板(5)の輪郭は回路板(6)および応力緩和板(7)の輪郭よりも外側に位置している。
【００３３】
回路板(6)は、導電性に優れたアルミニウム、銅などの金属により形成されるが、電気伝導率および熱伝導率が高く、変形能が高く、しかも半導体素子とのはんだ付け性に優れた純度の高い純アルミニウム、たとえば純度９９．９９質量％以上の純アルミニウムにより形成されていることが好ましい。回路板(6)の厚さは、電気伝導性および熱伝導性を考慮して、５ｍｍ以下、好ましくは０．２ｍｍ以下とされるのが通常である。回路板(6)の上面、すなわち回路板(6)における電気絶縁板(5)にろう付された面とは反対側の面は、電子素子搭載部(11)を有する配線面(9)となされている。
【００３４】
応力緩和板(7)は、熱伝導性に優れたアルミニウム、銅などの金属により形成されるが、熱伝導率が高く、しかも変形能が高い純アルミニウム、たとえば純度９９．９９質量％以上の純アルミニウムにより形成されていることが好ましい。応力緩和板(7)に、応力緩和板(7)の厚み方向（上下方向）にのびる複数の貫通穴(12)が形成されている。なお、応力緩和板(7)には、必ずしも貫通穴が形成されている必要はない。
【００３５】
冷却器(8)は、複数の冷却流体通路(13)が並列状に設けられた扁平中空状であり、熱伝導性に優れるとともに、軽量であるアルミニウムにより形成されていることが好ましい。冷却流体としては、液体および気体のいずれを用いてもよい。なお、冷却器(8)としては、ケース内にインナーフィンが配置されたものが用いられてもよい。
【００３６】
パワーデバイス(3)は、絶縁回路基板(4)の回路板(6)の配線面(9)における電子素子搭載部(11)上にはんだ付けされており、これによりパワーモジュール用ベース(2)に実装されている。パワーデバイス(3)から発せられる熱は、回路板(6)、電気絶縁板(5)および応力緩和板(7)を経て冷却器(8)に伝えられ、冷却流体通路(13)内を流れる冷却流体に放熱されるようになっている。
【００３７】
図１においては図示は省略したが、電気絶縁板(5)と回路板(6)、電気絶縁板(5)と応力緩和板(7)、および応力緩和板(7)と冷却器(8)とは、それぞれＳｉ１０質量％、Ｍｇ１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウムろう材を用いてろう付されており、電気絶縁板(5)と回路板(6)、電気絶縁板(5)と応力緩和板(7)、および応力緩和板(7)と冷却器(8)との間にはそれぞれ一旦溶融したろう材が再凝固して形成された再凝固ろう材層が設けられている。
【００３８】
図２に示すように、電気絶縁板(5)と回路板(6)との間に設けられた再凝固ろう材層(14)は、回路板(6)（図２においては図示略）と同一の大きさおよび形状である。再凝固ろう材層(14)は、輪郭が回路板(6)の輪郭よりも小さな第１部分(15)と、第１部分(15)の周囲を囲みかつ輪郭が回路板(6)の輪郭と合致した第２部分(16)とよりなる。再凝固ろう材層(14)の第２部分(16)に含まれるＡｌ−Ｓｉ合金の単位体積（再凝固ろう材層(14)の単位体積）当たりの量は、再凝固ろう材層(14)の第１部分(15)に含まれるＡｌ−Ｓｉ合金の単位体積（再凝固ろう材層(14)の単位体積）当たりの量よりも多くなっていることが好ましい。なお、再凝固ろう材層(14)の上述したような構成、すなわち第１部分(15)および第２部分(16)の形状および大きさとＡｌ−Ｓｉ合金の量については、たとえば塩化第二鉄液を用いて絶縁回路基板(4)の回路板(6)を溶解除去することによって確認することができる。すなわち、塩化第二鉄液によりＡｌからなる部分が溶解除去されるので、電気絶縁板(5)上にＳｉが残留することになり、第２部分(16)の残留Ｓｉ量が第１部分(15)の残留Ｓｉ量よりも多くなる。
【００３９】
また、電気絶縁板(5)と回路板(6)との間に設けられた再凝固ろう材層(14)において、第２部分(16)に存在するＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さが、第１部分(15)に存在するＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さよりも厚くなっていることが好ましい。たとえば、再凝固ろう材層(14)の第１部分(15)におけるＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さは１〜３μｍ程度であり、同じく第２部分(16)におけるＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さは３〜１０μｍ程度である。再凝固ろう材層(14)の第１部分(15)および第２部分(16)におけるＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さについては、たとえば再凝固ろう材層(14)の断面を露出させ、アルゴンビームで断面の表面を処理した後に、走査電子顕微鏡を用いたＥＤＳ（エネルギ分散型Ｘ線分光）による元素分析を行うことで確認することができる。
【００４０】
ここで、回路板(6)の輪郭、すなわち第２部分(16)の輪郭における任意の点からろう材層の第１部分(15)の輪郭までの最短距離のうちの最小値をＬ１mm、第２部分(16)（回路板(6)）の輪郭における任意の点からろう材層の第１部分(15)の輪郭までの最短距離のうちの最大値をＬ２mm、回路板(6)の面積、すなわち第１部分(15)および第２部分(16)の合計面積をＳmm２とした場合、０．００１０≦Ｌ１／Ｓ≦０．００８５、０．００４８≦Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９という条件を満足していることが好ましい。
【００４１】
以下、パワーモジュール用ベース(2)の製造方法について説明する。
【００４２】
まず、冷却器(8)上に、応力緩和板(7)、電気絶縁板(5)および回路板(6)をこの順序で配置する。冷却器(8)と応力緩和板(7)との間、応力緩和板(7)と電気絶縁板(5)との間および電気絶縁板(5)と回路板(6)との間に、それぞれアルミニウムろう材層を設けておく。ろう材層は、たとえばＳｉ１０質量％、Ｍｇ１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウムろう材からなる。
【００４３】
冷却器(8)と応力緩和板(7)との間に配置されるろう材層は、アルミニウムろう材からなる箔や、心材の両面にろう材層が形成されたアルミニウムブレージングシートなどからなる。また、冷却器(8)と応力緩和板(7)との間に配置されるろう材層は、応力緩和板(7)の下面に予めクラッドされていてもよい。応力緩和板(7)と電気絶縁板(5)との間に配置されるろう材層は、アルミニウムろう材からなる箔や、心材の両面にろう材層が形成されたアルミニウムブレージングシートからなる。また、応力緩和板(7)と電気絶縁板(5)との間に配置されるろう材層は、応力緩和板(7)の上面に予めクラッドされていてもよい。
【００４４】
電気絶縁板(5)と回路板(6)との間に配置されるろう材層は、上述したアルミニウムろう材によって形成され、かつ電気絶縁板(5)および回路板(6)とは別個に形成されたろう材箔(17)からなる。ろう材箔(17)の厚さは１５〜５０μｍであることが好ましい。また、ろう材箔(17)は、図３に示すように、回路板(6)と相似の方形であり、両者の中心が一致するとともに、ろう材箔(17)の輪郭の全体が回路板(6)の輪郭よりも内側に位置させた状態でろう材箔(17)が配置されている。なお、回路板(6)およびろう材箔(17)の長辺どうしおよび短辺どうしは平行または平行に近くなっている。
【００４５】
ここで、回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材箔(17)の輪郭までの最短距離のうちの最小値をＬ１mm、回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材箔(17)の輪郭までの最短距離のうちの最大値をＬ２mm、回路板(6)の面積をＳmm２とした場合、ろう材箔(17)の厚さが１５μｍの場合に０．００１０≦Ｌ１／Ｓ、Ｌ２／Ｓ≦０．００４８であり、ろう材箔(17)の厚さが５０μｍの場合に０．００８５≦Ｌ１／Ｓ、Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９であり、さらにろう材箔(17)の厚さが１５〜５０μｍの範囲内において、０．００１０≦Ｌ１／Ｓ≦０．００８５、０．００４８≦Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９という条件を満足していることが好ましい。また、ろう材箔(17)の厚さをｔとし、Ｌ１／Ｓ、およびＬ２／Ｓをろう材箔(17)の厚さｔの式で表した場合、ろう材箔(17)の厚さが１５〜５０μｍの範囲内においては、Ｌ１／Ｓ＝０．０１７７−（１／８０６）｛１．５６２６＋（２．６８５／ｔ）｝１／２となり、Ｌ２／Ｓ＝０．０２３１−（１．３０５／８０６）｛１．５６２６＋（１．８８５／ｔ）｝１／２となっていることが好ましい。Ｌ１／ＳおよびＬ２／Ｓの曲線を図４に示す。Ｌ１／Ｓ＜０．０１７７−（１／８０６）｛１．５６２６＋（２．６８５／ｔ）｝１／２の場合、製造された絶縁回路基板(4)において、回路板(6)の配線面(9)に再凝固したろう材が存在することがある。しかしながら、この場合にも、再凝固したろう材は回路板(6)の配線面(9)の一部を覆っているだけであって配線面(9)への良好なニッケルメッキや、配線面(9)の電子素子搭載部(11)への電子素子の良好なはんだ付けを妨げる程ではない。一方、Ｌ２／Ｓ＞０．０２３１−（１．３０５／８０６）｛１．５６２６＋（１．８８５／ｔ）｝１／２の場合、回路板(6)の輪郭寄りの部分と電気絶縁板(5)との間に未ろう付部が生じることがあり、その場合回路板(6)から電気絶縁板(5)への熱伝導性が低下するおそれがある。
【００４６】
その後、適当な治具により回路板(6)、電気絶縁板(5)、応力緩和板(7)および冷却器(8)を加圧した状態にして仮止めしたものを真空雰囲気とされた加熱炉中に入れ、この状態で回路板(6)、電気絶縁板(5)、応力緩和板(7)、冷却器(8)、ろう材箔(17)およびろう材層を適当な温度に適当な時間加熱し、ろう材箔(17)から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板(5)と回路板(6)とをろう付するとともに、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板(5)と応力緩和板(7)とをろう付することにより絶縁回路基板(4)を製造すると同時に、ろう材層から溶け出したろう材を用いて絶縁回路基板(4)の応力緩和板(7)と冷却器(8)とをろう付する。こうして、パワーモジュール用ベース(2)が製造される。
【００４７】
上記実施形態においては、電気絶縁板(5)と回路板(6)とをろう付するろう付層は、電気絶縁板(5)および回路板(6)とは別個に形成されたろう材箔(17)からなるが、これに代えて、回路板(6)に予めクラッドされていてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態においては、電気絶縁板(5)と冷却器(8)との間に応力緩和板(7)が配置されているが、応力緩和板(7)は必ずしも必要とはせず、電気絶縁板(5)が直接冷却器(8)にろう付されていてもよい。
【００４９】
次に、この発明の具体的実施例を比較例とともに述べる。
【００５０】
実施例１〜１６および比較例
この実施例は、図１に示すパワーモジュール用ベースを製造したものである。
【００５１】
焼結助剤を含んだＡｌＮからなりかつ厚さ：０．６３mm、縦：２９mm、横：３４mmの電気絶縁板(5)と、純度９９．９９wt％の純アルミニウムからなりかつ厚さ：０．６ｍｍ、縦：２６mm、横：３１mmの回路板(6)と、純度９９．９９wt％の純アルミニウムからなりかつ厚さ：１．６ｍｍ、縦：２６mm、横：３１mmの応力緩和板(7)とを用意した。また、冷却器(8)の代わりに、JIS Ａ３００３からなりかつ厚さ：５mm、縦：５０mm、横６０mmのアルミニウム板を用意した。
【００５２】
さらに、Ｓｉ１０質量％、Ｍｇ１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウムろう材を用いて、回路板(6)および応力緩和板(7)と相似形状であるとともに、厚さおよび縦横の寸法が異なる複数のろう材箔(17)（実施例１〜１６）と、回路板(6)および応力緩和板(7)と合同形状であるとともに、厚さの異なる複数のろう材箔(17)とをつくった（比較例１〜３）。
【００５３】
ついで、アルミニウム板、応力緩和板(7)、電気絶縁板(5)および回路板(6)を、電気絶縁板(5)と回路板(6)および応力緩和板(7)との間に上述したろう材箔(17)を配置するとともに、アルミニウム板と応力緩和板(7)との間にＳｉ１０質量％、Ｍｇ１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウムろう材によって形成され、かつ厚さおよび縦横の寸法が適当なろう材箔(17)を配置した状態で積層し、８g/mm２の面圧を負荷しながら適当な治具により仮止めした。
【００５４】
ここで、電気絶縁板(5)と回路板(6)および応力緩和板(7)との間に配置したろう材箔(17)の厚さ、回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最小値：Ｌ１mm、回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材箔(17)の輪郭までの最短距離のうちの最大値：Ｌ２mm、ならびに回路板(6)の面積をＳmm２とした場合のＬ１／ＳおよびＬ２／Ｓを表１に示す。
【表１】
2013038123.tif 000011
【００５５】
その後、アルミニウム板、応力緩和板(7)、電気絶縁板(5)および回路板(6)を加圧状態で仮止めしたものを真空雰囲気とされた加熱炉中に入れ、６００℃で１５分間加熱し、ろう材箔(17)から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板(5)と回路板(6)および応力緩和板(7)とをろう付することにより絶縁回路基板(4)を製造すると同時に、ろう材箔から溶け出したろう材を用いて絶縁回路基板(4)の応力緩和板(7)とアルミニウム板とをろう付した。
【００５６】
評価
実施例１〜１６および比較例において電気絶縁板(5)にろう付された回路板(6)の配線面(9)を観察した。
【００５７】
その結果を表１の表面観察結果の欄に示す。表１の表面観察結果の欄において、○印は回路板(6)の配線面(9)に再凝固したろう材が全く存在していなかったことを表し、△印は回路板(6)の配線面(9)に再凝固したろう材が存在するものの、再凝固したろう材は回路板(6)の配線面(9)の一部を覆っているだけであって配線面(9)への良好なニッケルメッキや、配線面(9)の電子素子搭載部(11)への電子素子の良好なはんだ付けを妨げる程ではないことを表す。また、×印は再凝固したろう材は回路板(6)の配線面(9)全体を覆っていることを表す。
【００５８】
表１に示す結果から、ろう材箔(17)の輪郭が回路板(6)の輪郭よりも内側に位置している場合には、製造された絶縁回路基板(4)の回路板(6)の配線面(9)への良好なニッケルメッキ性や、配線面(9)の電子素子搭載部(11)への電子素子のはんだ付け性が低下しないことが分かる。
【００５９】
図５〜図７は電気絶縁板(5)と回路板(6)とをろう付するろう材箔の変形例を示す。
【００６０】
図５に示すろう材箔(20)の場合、ろう材箔(20)は、回路板(6)と相似の方形であるとともに、ろう材箔(20)の輪郭の全体が回路板(6)の輪郭よりも内側に位置させた状態で配置されるが、ろう材箔(20)と回路板(6)との中心はずれている。なお、回路板(6)およびろう材箔(20)の長辺どうしおよび短辺どうしは平行または平行に近くなっている。
【００６１】
このろう材箔(20)を用いた場合、回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最小値：Ｌ１mm、および回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材箔(20)の輪郭までの最短距離のうちの最大値：Ｌ２mmは図５に示す通りとなる。
【００６２】
図６に示すろう材箔(21)の場合、ろう材箔(21)はひし形であり、ろう材箔(21)と回路板(6)との中心が一致するように、ろう材箔(21)の輪郭の全体が回路板(6)の輪郭よりも内側に位置させた状態で配置される。なお、ろう材箔(21)の長い対角線は回路板(6)の長辺と平行または平行に近くなり、短い対角線は回路板(6)の短辺と平行または平行に近くなる。
【００６３】
このろう材箔(21)を用いた場合、回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最小値：Ｌ１mm、および回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材箔(21)の輪郭までの最短距離のうちの最大値：Ｌ２mmは図６に示す通りとなる。
【００６４】
図７に示すろう材箔(22)の場合、ろう材箔(22)はだ円形であり、ろう材箔(22)と回路板(6)との中心が一致するように、ろう材箔(22)の輪郭の全体が回路板(6)の輪郭よりも内側に位置させた状態で配置される。なお、ろう材箔(22)の長径は回路板(6)の長辺と平行または平行に近くなり、短径は回路板(6)の短辺と平行または平行に近くなる。
【００６５】
このろう材箔(22)を用いた場合、回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最小値：Ｌ１mm、および回路板(6)の輪郭における任意の点からろう材箔(22)の輪郭までの最短距離のうちの最大値：Ｌ２mmは図７に示す通りとなる。
【００６６】
図５〜図７に示すこのろう材箔(20)(21)(22)においても、回路板(6)の面積をＳmm２とすると、厚さが１５μｍの場合に０．００１０≦Ｌ１／Ｓ、Ｌ２／Ｓ≦０．００４８であり、厚さが５０μｍの場合に０．００８５≦Ｌ１／Ｓ、Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９であり、さらにろう材層の厚さが１５〜５０μｍの範囲内において、０．００１０≦Ｌ１／Ｓ≦０．００８５、０．００４８≦Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９という条件を満足していることが好ましい。また、ろう材箔(20)(21)(22)の厚さをｔとし、Ｌ１／Ｓ、およびＬ２／Ｓをろう材箔(20)(21)(22)の厚さｔの式で表した場合、ろう材箔(22)の厚さが１５〜５０μｍの範囲内においては、Ｌ１／Ｓ＝０．０１７７−（１／８０６）｛１．５６２６＋（２．６８５／ｔ）｝１／２となり、Ｌ２／Ｓ＝０．０２３１−（１．３０５／８０６）｛１．５６２６＋（１．８８５／ｔ）｝１／２となっていることが好ましい。
【符号の説明】
【００６７】
(1)：パワーモジュール
(2)：パワーモジュール用ベース
(3)：パワーデバイス
(4)：絶縁回路基板
(5)：電気絶縁板
(6)：回路板
(7)：応力緩和板（応力緩和部材）
(8)：冷却器
(9)：配線面
(11)：電子素子搭載部
(14)：再凝固ろう材層
(15)：第１部分
(16)：第２部分
(17)(20)(21)(22)：ろう材箔
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁板の一面に導電材料製回路板がろう付され、回路板における電気絶縁板にろう付された面とは反対側の面が電子素子搭載部を有する配線面となされており、電気絶縁板が回路板よりも大きく、かつ電気絶縁板の輪郭が回路板の輪郭よりも外側に位置している絶縁回路基板を製造する方法であって、
電気絶縁板と回路板とを、両者間にろう材層が存在するように積層し、ろう材層の輪郭の少なくとも一部分を回路板の輪郭よりも内側に位置させ、この状態で電気絶縁板、回路板およびろう材層を加熱し、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板と回路板とをろう付することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
【請求項２】
ろう材層の厚さを１５〜５０μｍとし、ろう材層の輪郭の全体を回路板の輪郭よりも内側に位置させた状態で、電気絶縁板、回路板およびろう材層を加熱し、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板と回路板とをろう付する請求項１記載の絶縁回路基板の製造方法。
【請求項３】
回路板の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最小値をＬ１mm、回路板の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最大値をＬ２mm、回路板の面積をＳmm２とした場合、ろう材層の厚さが１５μｍの場合に０．００１０≦Ｌ１／Ｓ、Ｌ２／Ｓ≦０．００４８であり、ろう材層の厚さが５０μｍの場合に０．００８５≦Ｌ１／Ｓ、Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９であり、さらにろう材層の厚さが１５〜５０μｍの範囲内において、０．００１０≦Ｌ１／Ｓ≦０．００８５、０．００４８≦Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９という条件を満足する請求項２記載の絶縁回路基板の製造方法。
【請求項４】
ろう材層の厚さをｔとした場合、Ｌ１／Ｓ、およびＬ２／Ｓがろう材層の厚さｔの式で表され、ろう材層の厚さが１５〜５０μｍの範囲内において、Ｌ１／Ｓ＝０．０１７７−（１／８０６）｛１．５６２６＋（２．６８５／ｔ）｝１／２となり、Ｌ２／Ｓ＝０．０２３１−（１．３０５／８０６）｛１．５６２６＋（１．８８５／ｔ）｝１／２となる請求項３記載の絶縁回路基板の製造方法。
【請求項５】
電気絶縁板がＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉ３Ｎ４よりなる群から選ばれた１種の材料からなり、回路板がアルミニウムからなり、ろう材層がＡｌ−Ｓｉ合金系ろう材からなる請求項１〜４のうちのいずれかに記載の絶縁回路基板の製造方法。
【請求項６】
ろう材層が、回路板および電気絶縁板とは別個に形成されたろう材箔からなる請求項１〜５のうちのいずれかに記載の絶縁回路基板の製造方法。
【請求項７】
電気絶縁板の一面に導電材料製回路板がろう付されるとともに、回路板における電気絶縁板にろう付された面とは反対側の面が電子素子搭載面となされており、電気絶縁板が回路板よりも大きくかつ電気絶縁板の輪郭が回路板の輪郭よりも外側に位置している絶縁回路基板と、絶縁回路基板の電気絶縁板における回路板がろう付された面とは反対側の面がろう付された冷却器とを備えているパワーモジュール用ベースを、電気絶縁板と回路板および冷却器とを、隣り合うものどうしの間に介在させたろう材層を用いてろう付することにより製造する方法であって、
請求項１〜６のうちのいずれかに記載された方法における電気絶縁板と回路板とを両者間にろう材層が存在するように積層すると同時に、電気絶縁板と冷却器とを両者間にろう材層が存在するように積層し、電気絶縁板、回路板、冷却器およびろう材層を加熱し、ろう材層から溶け出したろう材を用いて電気絶縁板と回路板および冷却器とをろう付することを特徴とするパワーモジュール用ベースの製造方法。
【請求項８】
電気絶縁板と冷却器との間に熱伝導材料製応力緩和部材を配置するとともに、電気絶縁板および冷却器と応力緩和部材との間にろう材層を配置しておき、電気絶縁板と回路板および応力緩和部材のろう付と同時に、冷却器と応力緩和部材とをろう付する請求項７記載のパワーモジュール用ベースの製造方法。
【請求項９】
請求項１〜６に記載された方法により製造された絶縁回路基板であって、
電気絶縁板と導電材料製回路板との間に、一旦溶融したろう材が再凝固して形成されるとともに回路板と同一の大きさおよび形状である再凝固ろう材層が設けられており、再凝固ろう材層が、周縁が回路板の輪郭よりも小さな第１部分と、第１部分の周囲を囲みかつ周縁が回路板の輪郭と合致した第２部分とよりなり、再凝固ろう材層の第２部分に含まれるＡｌ−Ｓｉ合金の単位体積当たりの量が、再凝固ろう材層の第１部分に含まれるＡｌ−Ｓｉ合金の単位体積当たりの量よりも多くなっている絶縁回路基板。
【請求項１０】
電気絶縁板と導電材料製回路板との間に形成された再凝固ろう材層において、前記第２部分に存在するＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さが、前記第１部分に存在するＡｌ−Ｓｉ合金層の厚さよりも厚くなっている請求項９記載の絶縁回路基板。
【請求項１１】
回路板の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最小値をＬ１mm、回路板の輪郭における任意の点からろう材層の輪郭までの最短距離のうちの最大値をＬ２mm、回路板の面積をＳmm２とした場合、０．００１０≦Ｌ１／Ｓ≦０．００８５、０．００４８≦Ｌ２／Ｓ≦０．０１２９という条件を満足する請求項９または１０記載の絶縁回路基板。