(57)【要約】【課題】半導体素子の実装工程時や使用環境において反りを低減する。【解決手段】ヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、金属層と第１層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなり、ヒートシンクと第２層が金属層と第１層よりも純度の低いアルミニウム板からなり、第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、接合面積をＡ１（ｍｍ２）、２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、接合面積をＡ２（ｍｍ２）、２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）が２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下である。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一枚のセラミックス基板の一方の面に複数の小回路層からなる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一枚の金属層を介して一枚のヒートシンクが接合されてなり、
前記小回路層が前記セラミックス基板の一方の面に相互に間隔をあけて接合され、該セラミックス基板の他方の面に前記金属層が接合されたパワーモジュール用基板が、前記ヒートシンク上に前記金属層を介して接合された構成とされ、
前記小回路層が、前記セラミックス基板に接合された第１層と、該第１層の表面に接合された第２層との積層構造とされ、
前記金属層と前記第１層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなり、
前記ヒートシンクと前記第２層が前記金属層と前記第１層よりも純度の低いアルミニウム板からなり、
前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、前記第２層の２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、
２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）が０．８５以上１．４０以下であり、
２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）が前記２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下であることを特徴とするヒートシンク付きパワーモジュール用基板。
【請求項２】
一枚のセラミックス基板の一方の面に複数の小回路層からなる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一枚の金属層を介して一枚のヒートシンクが接合されてなり、
前記小回路層が前記セラミックス基板の一方の面に相互に間隔をあけて接合され、該セラミックス基板の他方の面に前記金属層が接合されたパワーモジュール用基板が、前記ヒートシンク上に前記金属層を介して接合された構成とされ、
前記小回路層が、前記セラミックス基板に接合された第１層と、該第１層の表面に接合された回路側接合芯材と、該回路側接合芯材の表面に接合された第２層との積層構造とされ、
前記金属層と前記第１層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなり、
前記ヒートシンクと前記第２層が前記金属層と前記第１層よりも純度の低いアルミニウム板からなり、
前記回路側接合芯材がアルミニウム合金板からなり、
前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、前記第２層の２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）前記ヒートシンクの２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記回路側接合芯材の厚さをｔ３（ｍｍ）、前記回路側接合芯材と前記第１層との接合面積をＡ３（ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の２５℃における耐力をσ３１（Ｎ／ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の２００℃における耐力をσ３２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１＋ｔ３×Ａ３×σ３１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２＋ｔ３×Ａ３×σ３２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）が前記２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下であることを特徴とするヒートシンク付きパワーモジュール用基板。
【請求項３】
一枚のセラミックス基板の一方の面に複数の小回路層からなる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一枚の金属層が接合され、該金属層に一枚の放熱熱側接合芯材を介して一枚のヒートシンクが接合されており、
前記小回路層が前記セラミックス基板の一方の面に相互に間隔をあけて接合され、該セラミックス基板の他方の面に前記金属層が接合されたパワーモジュール用基板が、前記ヒートシンク上に前記金属層を介して接合された構成とされ、
前記小回路層が、前記セラミックス基板に接合された第１層と、該第１層の表面に接合された第２層との積層構造とされ、
前記金属層と前記第１層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなり、
前記ヒートシンクと前記第２層が前記金属層と前記第１層よりも純度の低いアルミニウム板からなり、
前記放熱側接合芯材がアルミニウム合金板からなり、
前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、前記第２層の２００℃における耐力をσ１２とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記放熱側接合芯材の厚さをｔ４（ｍｍ）、前記放熱側接合芯材と前記金属層との接合面積をＡ４（ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の２５℃における耐力をσ４１（Ｎ／ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の２００℃における耐力をσ４２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１＋ｔ４×Ａ４×σ４１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２＋ｔ４×Ａ４×σ４２）が前記２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下であることを特徴とするヒートシンク付きパワーモジュール用基板。
【請求項４】
一枚のセラミックス基板の一方の面に複数の小回路層からなる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一枚の金属層が接合され、該金属層に一枚の放熱熱側接合芯材を介して一枚のヒートシンクが接合されており、
前記小回路層が前記セラミックス基板の一方の面に相互に間隔をあけて接合され、該セラミックス基板の他方の面に前記金属層が接合されたパワーモジュール用基板が、前記ヒートシンク上に前記金属層を介して接合された構成とされ、
前記小回路層が、前記セラミックス基板に接合された第１層と、該第１層の表面に接合された回路側接合芯材と、該回路側接合芯材の表面に接合された第２層との積層構造とされ、
前記金属層と前記第１層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなり、
前記ヒートシンクと前記第２層が前記金属層と前記第１層よりも純度の低いアルミニウム板からなり、
前記放熱側接合芯材及び前記回路側接合芯材がアルミニウム合金板からなり、
前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、前記第２層の２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記回路側接合芯材の厚さをｔ３（ｍｍ）、前記第１層と前記回路側接合芯材との接合面積をＡ３（ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の２５℃における耐力をσ３１（Ｎ／ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の２００℃における耐力をσ３２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記放熱側接合芯材の厚さをｔ４（ｍｍ）、前記金属層と前記放熱側接合芯材との接合面積をＡ４（ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の２５℃における耐力をσ４１（Ｎ／ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の２００℃における耐力をσ４２としたときに、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１＋ｔ３×Ａ３×σ３１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１＋ｔ４×Ａ４×σ４１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２＋ｔ３×Ａ３×σ３２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２＋ｔ４×Ａ４×σ４２）が前記２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下であることを特徴とするヒートシンク付きパワーモジュール用基板。
【請求項５】
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を介して一枚のヒートシンクが接合されてなり、
前記回路層が複数の小回路層により構成され、
前記セラミックス基板が前記小回路層と同数の小セラミックス基板により構成され、
前記金属層が前記小回路層と同数の小金属層により構成されており、
前記小セラミックス基板を介して前記小回路層と前記小金属層とが接合されたパワーモジュール用基板が前記ヒートシンク上に相互に間隔をあけて接合されており、
前記小回路層が、前記小セラミックス基板に接合された第１層と、該第１層の表面に接合された第２層との積層構造とされ、
前記金属層と前記第１層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなり、
前記ヒートシンクと前記第２層が前記金属層と前記第１層よりも純度の低いアルミニウム板からなり、
前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、前記第２層の２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、
２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）が０．８５以上１．４０以下であり、
２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）が前記２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下であることを特徴とするヒートシンク付きパワーモジュール用基板。
【請求項６】
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を介して一枚のヒートシンクが接合されてなり、
前記回路層は複数の小回路層により構成され、
前記セラミックス基板が前記小回路層と同数の小セラミックス基板により構成され、
前記金属層が前記小回路層と同数の小金属層により構成されており、
前記小セラミックス基板を介して前記小回路層と前記小金属層とが接合されたパワーモジュール用基板が前記ヒートシンク上に相互に間隔をあけて接合されており、
前記小回路層が、前記小セラミックス基板に接合された第１層と、該第１層の表面に接合された回路側接合芯材と、該回路側接合芯材の表面に接合された第２層との積層構造とされ、
前記金属層と前記第１層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなり、
前記ヒートシンクと前記第２層が前記金属層と前記第１層よりも純度の低いアルミニウム板からなり、
前記回路側接合芯材がアルミニウム合金板からなり、
前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、前記第２層の２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記回路側接合芯材の厚さをｔ３（ｍｍ）、前記回路側接合芯材と前記第１層との接合面積をＡ３（ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の２５℃における耐力をσ３１（Ｎ／ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の２００℃における耐力をσ３２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、
２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１＋ｔ３×Ａ３×σ３１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２＋ｔ３×Ａ３×σ３２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）が前記２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下であることを特徴とするヒートシンク付きパワーモジュール用基板。
【請求項７】
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、該金属層に放熱側接合芯材を介して一枚のヒートシンクが接合されてなり、
前記回路層は複数の小回路層により構成され、
前記セラミックス基板が前記小回路層と同数の小セラミックス基板により構成され、
前記金属層が前記小回路層と同数の小金属層により構成され、
前記放熱側接合芯材が前記小回路層と同数の小放熱側接合芯材により構成されており、
前記小セラミックス基板を介して前記小回路層と前記小金属層とが接合されたパワーモジュール用基板が、前記小放熱側接合芯材を介して前記ヒートシンク上に相互に間隔をあけて接合されており、
前記小回路層が、前記小セラミックス基板に接合された第１層と、該第１層の表面に接合された第２層との積層構造とされ、
前記金属層と前記第１層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなり、
前記ヒートシンクと前記第２層が前記金属層と前記第１層よりも純度の低いアルミニウム板からなり、
前記放熱側接合芯材がアルミニウム合金板からなり、
前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、前記第２層の２００℃における耐力をσ１２とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記放熱側接合芯材の厚さをｔ４（ｍｍ）、前記放熱側接合芯材と前記金属層との接合面積をＡ４（ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の２５℃における耐力をσ４１（Ｎ／ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の２００℃における耐力をσ４２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１＋ｔ４×Ａ４×σ４１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２＋ｔ４×Ａ４×σ４２）が前記２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下であることを特徴とするヒートシンク付きパワーモジュール用基板。
【請求項８】
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、該金属層に放熱熱側接合芯材を介して一枚のヒートシンクが接合されており、
前記回路層は複数の小回路層により構成され、
前記セラミックス基板が前記小回路層と同数の小セラミックス基板により構成され、
前記金属層が前記小回路層と同数の小金属層により構成され、
前記放熱側接合芯材が前記小回路層と同数の小放熱側接合芯材により構成されており、
前記小セラミックス基板を介して前記小回路層と前記小金属層とが接合されたパワーモジュール用基板が、前記小放熱側接合芯材を介して前記ヒートシンク上に相互に間隔をあけて接合されており、
前記小回路層が、前記小セラミックス基板に接合された第１層と、該第１層の表面に接合された小回路側接合芯材と、該小回路側接合芯材の表面に接合された第２層との積層構造とされ、
前記金属層と前記第１層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなり、
前記ヒートシンクと前記第２層が前記金属層と前記第１層よりも純度の低いアルミニウム板からなり、
前記放熱側接合芯材と前記回路側接合芯材とがアルミニウム合金板からなり、
前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、前記第２層の２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記回路側接合芯材の厚さをｔ３（ｍｍ）、前記第１層と前記回路側接合芯材との接合面積をＡ３（ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の２５℃における耐力をσ３１（Ｎ／ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の２００℃における耐力をσ３２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記放熱側接合芯材の厚さをｔ４（ｍｍ）、前記金属層と前記放熱側接合芯材との接合面積をＡ４（ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の２５℃における耐力をσ４１（Ｎ／ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の２００℃における耐力をσ４２としたときに、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１＋ｔ３×Ａ３×σ３１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１＋ｔ４×Ａ４×σ４１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２＋ｔ３×Ａ３×σ３２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２＋ｔ４×Ａ４×σ４２）が前記２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下であることを特徴とするヒートシンク付きパワーモジュール用基板。
【請求項９】
前記第２層は、２００℃における耐力が前記ヒートシンクよりも大きいアルミニウム板からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のヒートシンク付きパワーモジュール用基板。
【請求項１０】
前記第２層が純度９９．９０質量％未満のアルミニウム板からなり、前記ヒートシンクが純度９９．９０質量％以下のアルミニウム板からなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のヒートシンク付きパワーモジュール用基板。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の前記ヒートシンク付きパワーモジュール用基板と、前記回路層の表面上に搭載された半導体素子とを備え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ヒートシンク付き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】
車載用パワーモジュールには、窒化アルミニウムを始めとするセラミックス基板上にアルミニウムの板が接合されるとともに、片側にアルミニウム板を介してアルミニウム系ヒートシンクが接合されたヒートシンク付きパワーモジュール用基板が用いられる。
このようなヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、従来、次のように製造されてきた。まずセラミックス基板の両面に、セラミックス基板とアルミニウム板との接合に適するろう材を介して二つのアルミニウム板を積層し、所定の圧力で加圧しながら、そのろう材が溶融する温度以上まで加熱することにより、セラミックス基板と両面のアルミニウム板とを接合させる。次に、片側のアルミニウム板に、アルミニウム板とヒートシンクとの接合に適するろう材を介してヒートシンクを積層し、所定の圧力で加圧しながら、そのろう材が溶融する温度以上まで加熱することにより、アルミニウム板とヒートシンクとを接合させる。これにより、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板が製造される。
また、このようなヒートシンク付きパワーモジュール用基板では、片方のアルミニウム板は回路層として形成され、この上には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は、反りが生じると放熱性能等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】
従来、パワーモジュール用基板の反り等を低減する技術として、例えば特許文献１、特許文献２記載の技術がある。
特許文献１記載のパワーモジュール用基板は、回路層としての金属板に、アルミニウム純度が質量％で９９．０％以上９９．９５％以下の第１層と、アルミニウム純度９９．９９％以上の第２層とを含む２以上の層を積層してなるクラッド材を用いており、その第２層がセラミックス基板に接合されている。この場合、回路層の厚さは６００μｍ、この回路層とはセラミックス基板の反対面に設けられる金属層の厚さは４００μｍとすることが記載されている。
特許文献２には、窒化ケイ素基板の少なくとも一方の表面に金属クラッド材を接合した窒化ケイ素回路基板が開示されている。金属クラッド材としては、Ｃｕ板やＡｌ板等の導電性材料と、コバール板やタングステン板のような低熱膨張金属との組合せが好ましいとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２‐１９１００４号公報
【特許文献２】特開２００３‐１６８７７０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、従来のヒートシンク付きパワーモジュール用基板では、主として、ヒートシンクを接合する際の、絶縁基板とヒートシンクの線膨張差に起因する初期反りを低減することを課題としているが、ヒートシンクを接合した後の半導体素子を実装する工程で加熱された際、あるいは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。
実装工程で反りが生じると、はんだ接合部の位置ずれが発生したり、接合部に歪みやクラック等が生じて、接合信頼性が損なわれる課題がある。また、使用環境において反りが生じると、ヒートシンクと冷却器との間に介在する熱伝導性グリースがポンプアウト現象によりヒートシンクと冷却器との間から流れ出すことにより、ヒートシンクと冷却器との密着性が損なわれ、熱抵抗の増加を招くことがある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ヒートシンクとの接合後の初期反りのみならず、半導体素子の実装工程時や使用環境においても反りが少ないヒートシンク付き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】
【０００７】
本発明のヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、一枚のセラミックス基板の一方の面に複数の小回路層からなる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一枚の金属層を介して一枚のヒートシンクが接合されてなり、前記小回路層が前記セラミックス基板の一方の面に相互に間隔をあけて接合され、該セラミックス基板の他方の面に前記金属層が接合されたパワーモジュール用基板が、前記ヒートシンク上に前記金属層を介して接合された構成とされ、前記小回路層が、前記セラミックス基板に接合された第１層と、該第１層の表面に接合された第２層との積層構造とされ、前記金属層と前記第１層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなり、前記ヒートシンクと前記第２層が前記金属層と前記第１層よりも純度の低いアルミニウム板からなり、前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、前記第２層の２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）が前記２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下である。
【０００８】
アルミニウムの純度が低く、剛性の高い、すなわち耐力の高いヒートシンクに対して、回路層を第１層と第２層との積層構造としてセラミックス基板の反対側にアルミニウムの純度の高く、剛性の高いアルミニウム板からなる第２層を配置したので、これらヒートシンクと回路層の第２層とがセラミックス基板を中心として対称構造となり、加熱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にくく、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板の反りが発生しにくくなる。また、セラミックス基板と接合される第１層と金属層に、純度９９．９９質量％以上の比較的軟らかい、すなわち耐力の低いアルミニウム板を配置しているので、加熱時等にセラミックス基板に掛かる熱応力を低減させて割れが生じることを防ぐことができる。
【０００９】
また、セラミックス基板に対しては、複数の小回路層で構成される回路層よりも、一枚で構成されるヒートシンクから作用する曲げ応力が大きくなることから、温度変化に伴う反り量の変化を小さくするためには、ヒートシンクからの曲げ応力と相反する応力が回路層側に必要になる。そこで、本発明では、２５℃の常温時における回路層の第２層とヒートシンクとの関係を上記２５℃における比率の範囲に調整することにより、２５℃における反りの発生を低減するとともに、さらに２００℃における比率を２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下に調整することで、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板が加熱された際において、２５℃よりも２００℃における回路層側の曲げ応力が大きくなる構造とした。これにより、２５℃から２００℃までの温度範囲における反り量の変化を低減でき、加熱時においてもセラミックス基板を中心とする対称性を安定して維持できる。
【００１０】
このように、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板のセラミックス基板上に複数の小回路層を並べて配設する場合など、回路層をパターン化した場合においては、セラミックス基板に接合される回路層の接合部分と、セラミックス基板に接合されるヒートシンクの接合部分とは形状が異なるが、第２層の剛性とヒートシンクの剛性との対称性を考慮することにより、反りの発生を確実に防止することができる。また、２５℃の常温時と２００℃の加熱時との双方において第２層の剛性とヒートシンクの剛性との対称性を考慮し、２５℃における比率よりも２００℃における比率が大きい範囲とすることにより、２５℃から２００℃の温度変化における反りの変化量を小さくでき、ヒートシンクとの接合後の初期反りのみならず、半導体素子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る。したがって、絶縁基板としての信頼性を向上でき、良好な放熱性を発揮させることができる。なお、本発明のヒートシンク付きパワーモジュール用基板では、一枚のヒートシンクに複数の小回路層を接合することにより、複数の小回路層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。
【００１１】
本発明のヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、一枚のセラミックス基板の一方の面に複数の小回路層からなる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一枚の金属層を介して一枚のヒートシンクが接合されてなり、前記小回路層が前記セラミックス基板の一方の面に相互に間隔をあけて接合され、該セラミックス基板の他方の面に前記金属層が接合されたパワーモジュール用基板が、前記ヒートシンク上に前記金属層を介して接合された構成とされ、前記小回路層が、前記セラミックス基板に接合された第１層と、該第１層の表面に接合された回路側接合芯材と、該回路側接合芯材の表面に接合された第２層との積層構造とされ、前記金属層と前記第１層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなり、前記ヒートシンクと前記第２層が前記金属層と前記第１層よりも純度の低いアルミニウム板からなり、前記回路側接合芯材がアルミニウム合金板からなり、前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、前記第２層の２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）前記ヒートシンクの２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記回路側接合芯材の厚さをｔ３（ｍｍ）、前記回路側接合芯材と前記第１層との接合面積をＡ３（ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の２５℃における耐力をσ３１（Ｎ／ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の２００℃における耐力をσ３２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１＋ｔ３×Ａ３×σ３１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２＋ｔ３×Ａ３×σ３２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）が前記２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下であることとしてもよい。
【００１２】
本発明のヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、一枚のセラミックス基板の一方の面に複数の小回路層からなる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一枚の金属層が接合され、該金属層に一枚の放熱熱側接合芯材を介して一枚のヒートシンクが接合されており、前記小回路層が前記セラミックス基板の一方の面に相互に間隔をあけて接合され、該セラミックス基板の他方の面に前記金属層が接合されたパワーモジュール用基板が、前記ヒートシンク上に前記金属層を介して接合された構成とされ、前記小回路層が、セラミックス基板に接合された第１層と、該第１層の表面に接合された第２層との積層構造とされ、前記金属層と前記第１層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなり、前記ヒートシンクと前記第２層が前記金属層と前記第１層よりも純度の低いアルミニウム板からなり、前記放熱側接合芯材がアルミニウム合金板からなり、前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、前記第２層の２００℃における耐力をσ１２とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記放熱側接合芯材の厚さをｔ４（ｍｍ）、前記放熱側接合芯材と前記金属層との接合面積をＡ４（ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の２５℃における耐力をσ４１（Ｎ／ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の２００℃における耐力をσ４２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１＋ｔ４×Ａ４×σ４１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２＋ｔ４×Ａ４×σ４２）が前記２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下であることとしてもよい。
【００１３】
本発明のヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、一枚のセラミックス基板の一方の面に複数の小回路層からなる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一枚の金属層が接合され、該金属層に一枚の放熱熱側接合芯材を介して一枚のヒートシンクが接合されており、前記小回路層が前記セラミックス基板の一方の面に相互に間隔をあけて接合され、該セラミックス基板の他方の面に前記金属層が接合されたパワーモジュール用基板が、前記ヒートシンク上に前記金属層を介して接合された構成とされ、前記小回路層が、セラミックス基板に接合された第１層と、該第１層の表面に接合された回路側接合芯材と、該回路側接合芯材の表面に接合された第２層との積層構造とされ、前記金属層と前記第１層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなり、前記ヒートシンクと前記第２層が前記金属層と前記第１層よりも純度の低いアルミニウム板からなり、前記放熱側接合芯材及び前記回路側接合芯材がアルミニウム合金板からなり、前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、前記第２層の２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記回路側接合芯材の厚さをｔ３（ｍｍ）、前記第１層と前記回路側接合芯材との接合面積をＡ３（ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の２５℃における耐力をσ３１（Ｎ／ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の２００℃における耐力をσ３２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記放熱側接合芯材の厚さをｔ４（ｍｍ）、前記金属層と前記放熱側接合芯材との接合面積をＡ４（ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の２５℃における耐力をσ４１（Ｎ／ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の２００℃における耐力をσ４２としたときに、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１＋ｔ３×Ａ３×σ３１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１＋ｔ４×Ａ４×σ４１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２＋ｔ３×Ａ３×σ３２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２＋ｔ４×Ａ４×σ４２）が前記２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下であることとしてもよい。
【００１４】
本発明のヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、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を介して一枚のヒートシンクが接合されてなり、前記回路層が複数の小回路層により構成され、前記セラミックス基板が前記小回路層と同数の小セラミックス基板により構成され、前記金属層が前記小回路層と同数の小金属層により構成されており、前記小セラミックス基板を介して前記小回路層と前記小金属層とが接合されたパワーモジュール用基板が前記ヒートシンク上に相互に間隔をあけて接合されており、前記小回路層が、前記小セラミックス基板に接合された第１層と、該第１層の表面に接合された第２層との積層構造とされ、前記金属層と前記第１層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなり、前記ヒートシンクと前記第２層が前記金属層と前記第１層よりも純度の低いアルミニウム板からなり、前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、前記第２層の２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）が前記２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下である。
【００１５】
本発明のヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、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を介して一枚のヒートシンクが接合されてなり、前記回路層は複数の小回路層により構成され、前記セラミックス基板が前記小回路層と同数の小セラミックス基板により構成され、前記金属層が前記小回路層と同数の小金属層により構成されており、前記小セラミックス基板を介して前記小回路層と前記小金属層とが接合されたパワーモジュール用基板が前記ヒートシンク上に相互に間隔をあけて接合されており、前記小回路層が、前記小セラミックス基板に接合された第１層と、該第１層の表面に接合された回路側接合芯材と、該回路側接合芯材の表面に接合された第２層との積層構造とされ、前記金属層と前記第１層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなり、前記ヒートシンクと前記第２層が前記金属層と前記第１層よりも純度の低いアルミニウム板からなり、前記回路側接合芯材がアルミニウム合金板からなり、前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、前記第２層の２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記回路側接合芯材の厚さをｔ３（ｍｍ）、前記回路側接合芯材と前記第１層との接合面積をＡ３（ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の２５℃における耐力をσ３１（Ｎ／ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の２００℃における耐力をσ３２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１＋ｔ３×Ａ３×σ３１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２＋ｔ３×Ａ３×σ３２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）が前記２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下であることとしてもよい。
【００１６】
本発明のヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、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、該金属層に放熱側接合芯材を介して一枚のヒートシンクが接合されてなり、前記回路層は複数の小回路層により構成され、前記セラミックス基板が前記小回路層と同数の小セラミックス基板により構成され、前記金属層が前記小回路層と同数の小金属層により構成され、前記放熱側接合芯材が前記小回路層と同数の小放熱側接合芯材により構成されており、前記小セラミックス基板を介して前記小回路層と前記小金属層とが接合されたパワーモジュール用基板が、前記小放熱側接合芯材を介して前記ヒートシンク上に相互に間隔をあけて接合されており、前記小回路層が、前記小セラミックス基板に接合された第１層と、該第１層の表面に接合された第２層との積層構造とされ、前記金属層と前記第１層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなり、前記ヒートシンクと前記第２層が前記金属層と前記第１層よりも純度の低いアルミニウム板からなり、前記放熱側接合芯材がアルミニウム合金板からなり、前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、前記第２層の２００℃における耐力をσ１２とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記放熱側接合芯材の厚さをｔ４（ｍｍ）、前記放熱側接合芯材と前記金属層との接合面積をＡ４（ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の２５℃における耐力をσ４１（Ｎ／ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の２００℃における耐力をσ４２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１＋ｔ４×Ａ４×σ４１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２＋ｔ４×Ａ４×σ４２）が前記２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下であることとしてもよい。
【００１７】
本発明のヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、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、該金属層に放熱熱側接合芯材を介して一枚のヒートシンクが接合されており、前記回路層は複数の小回路層により構成され、前記セラミックス基板が前記小回路層と同数の小セラミックス基板により構成され、前記金属層が前記小回路層と同数の小金属層により構成され、前記放熱側接合芯材が前記小回路層と同数の小放熱側接合芯材により構成されており、前記小セラミックス基板を介して前記小回路層と前記小金属層とが接合されたパワーモジュール用基板が、前記小放熱側接合芯材を介して前記ヒートシンク上に相互に間隔をあけて接合されており、前記小回路層が、前記小セラミックス基板に接合された第１層と、該第１層の表面に接合された小回路側接合芯材と、該小回路側接合芯材の表面に接合された第２層との積層構造とされ、前記金属層と前記第１層が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板からなり、前記ヒートシンクと前記第２層が前記金属層と前記第１層よりも純度の低いアルミニウム板からなり、前記放熱側接合芯材と前記回路側接合芯材とがアルミニウム合金板からなり、前記第２層の厚さをｔ１（ｍｍ）、前記第２層の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、前記第２層の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、前記第２層の２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記ヒートシンクの厚さをｔ２（ｍｍ）、前記ヒートシンクの接合面積をＡ２（ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、前記ヒートシンクの２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記回路側接合芯材の厚さをｔ３（ｍｍ）、前記第１層と前記回路側接合芯材との接合面積をＡ３（ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の２５℃における耐力をσ３１（Ｎ／ｍｍ２）、前記回路側接合芯材の２００℃における耐力をσ３２（Ｎ／ｍｍ２）とし、前記放熱側接合芯材の厚さをｔ４（ｍｍ）、前記金属層と前記放熱側接合芯材との接合面積をＡ４（ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の２５℃における耐力をσ４１（Ｎ／ｍｍ２）、前記放熱側接合芯材の２００℃における耐力をσ４２としたときに、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１＋ｔ３×Ａ３×σ３１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１＋ｔ４×Ａ４×σ４１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２＋ｔ３×Ａ３×σ３２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２＋ｔ４×Ａ４×σ４２）が前記２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下であることとしてもよい。
【００１８】
上記の構成においても、第１層とヒートシンクとの関係を、上述した比率により、２５℃の常温時において０．８５以上１．４０以下となるようにするとともに、２００℃の加熱時において、２５℃における比率よりも１．０倍より大きく１．４倍以下の範囲で高くなるように設定することにより、２５℃から２００℃の温度変化においてもセラミックス基板を中心とした対称構造を構成することができ、加熱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、反りを発生し難くすることができる。
また、熱膨張係数が比較的小さく、剛性の高いセラミックス基板を一枚で構成した場合にあっては、より加熱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することができるので、さらに反りの発生を防止する効果を高めることができる。
【００１９】
本発明のヒートシンク付きパワーモジュール用基板において、前記第２層は、２００℃における耐力が前記ヒートシンクよりも大きいアルミニウム板からなるとよい。
回路層の第２層とヒートシンクとに同種のアルミニウム板を用いた場合、回路層は複数の小回路層により分断されているのに対し、ヒートシンクは一枚で構成されていることから、加熱時においてヒートシンクからの応力の影響を受けて反り量が変化しやすい。そこで、第２層に、加熱時における耐力、すなわち２００℃における耐力がヒートシンクよりも大きいアルミニウム板を用いることで、加熱中のヒートシンクからの応力増分を打ち消すように第２層の耐力が作用し、反りの変化量をより低減させることができる。
【００２０】
また、本発明のヒートシンク付きパワーモジュール用基板において、前記第２層が純度９９．９０質量％未満のアルミニウム板からなり、前記ヒートシンクが純度９９．９０質量％以下のアルミニウム板からなるとよい。
第２層を耐力の高い純度９９．９質量％未満のアルミニウム板により構成した場合には、第２層の厚さを薄くすることができるので、熱抵抗を増加させることがなく、より好ましい構成とすることができる。
【００２１】
本発明のパワーモジュールは、前記ヒートシンク付きパワーモジュール用基板と、前記回路層の表面上に搭載された半導体素子とを備える。
【発明の効果】
【００２２】
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。また、複数の小回路層の位置決めを正確に行うことができるので、高集積化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るヒートシンク付きパワーモジュール用基板の断面図である。
【図２】図１に示すヒートシンク付きパワーモジュール用基板の斜視図である。
【図３】図１に示す第１実施形態のヒートシンク付き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４】本発明の第１実施形態に係るヒートシンク付きパワーモジュール用基板の製造に用いる加圧装置の正面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るヒートシンク付き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６】本発明の第３実施形態に係るヒートシンク付き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７】本発明の第４実施形態に係るヒートシンク付き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８】本発明の第５実施形態に係るヒートシンク付きパワーモジュール用基板の断面図である。
【図９】図８に示す第５実施形態のヒートシンク付き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１０】図８に示す第５実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板の別の製造工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の第６実施形態に係るヒートシンク付き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１２】本発明の第７実施形態に係るヒートシンク付き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１３】本発明の第８実施形態に係るヒートシンク付き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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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及び図２に示す第１実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０１は、パワーモジュール用基板１０Ａとヒートシンク２０とを備えており、このヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０１の表面に、図３（ｃ）に示すように半導体チップ等の半導体素子３０が搭載されることにより、パワーモジュール１００が製造される。
【００２５】
パワーモジュール用基板１０Ａは、一枚のセラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面にろう付けにより接合された複数の小回路層１２Ｓからなる回路層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一枚の金属層１３とを備える。そして、パワーモジュール用基板１０Ａの各小回路層１２Ｓは、図１及び図２に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に相互に間隔をあけて接合されている。また、パワーモジュール用基板１０Ａは、ヒートシンク２０上に金属層１３を介して接合されている。なお、このパワーモジュール用基板１０Ａの金属層１３とヒートシンク２０とは、ろう付けにより接合され、半導体素子３０は、各小回路層１２Ｓの表面に、はんだ付けにより接合される。
【００２６】
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。
【００２７】
回路層１２を構成する各小回路層１２Ｓは、セラミックス基板１１の表面に接合された第１層１５と、第１層１５の表面に接合された第２層１６との積層構造とされている。第１層１５は、純度９９．９９質量％以上のアルミニウム板で、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）の純アルミニウム板が用いられる。
また、第２層１６は、第１層１５よりも純度の低いアルミニウム板からなり、例えば、純度が９９．９０質量％未満のアルミニウム板で、ＪＩＳ規格では、純度９９．０質量％以上のいわゆる２Ｎアルミニウム（例えばＡ１０５０等）の純アルミニウム板や、Ａ３００３，Ａ６０６３，Ａ５０５２等のアルミニウム合金板が用いられる。そして、第１層１５の厚さが０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下、第２層１６の厚さｔ１が０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とされている。
【００２８】
金属層１３は、回路層１２の第１層１５と同様、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用いられ、厚さが０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ未満に形成される。
また、このパワーモジュール用基板１０に接合されるヒートシンク２０としては、金属層１３よりも純度の低いアルミニウム板からなり、例えば、純度が９９．９０質量％以下のアルミニウム板で、ＪＩＳ規格では、１Ｎ９０（純度９９．９０質量％以上のいわゆる３Ｎアルミニウム）や純度９９．０質量％以上のいわゆる２Ｎアルミニウム（例えばＡ１０５０等）の純アルミニウム板、Ａ３００３，Ａ６０６３，Ａ５０５２等のアルミニウム合金板が用いられる。
【００２９】
なお、ヒートシンクの形状としては、平板状のもの、熱間鍛造等によって多数のピン状フィンを一体に形成したもの、押出成形によって相互に平行な帯状フィンを一体に形成したもの等、適宜の形状のものを採用することができ、内部に冷媒が流通する冷却器の部品として他の部品にねじ止め等によって組み込まれて使用される。特に、反りを抑制する効果が大きい平板状のものや、多数のピン状のフィンを一体に成形したものをヒートシンクとして用いることが好ましい。本実施形態では、平板状のヒートシンク２０を用いている。
【００３０】
そして、このヒートシンク２０と回路層１２の第２層１６とは、第２層１６の厚さをｔ１（ｍｍ）、第２層１６と第１層１５との接合面積をＡ１（ｍｍ２）、第２層１６の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、第２層１６の２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、ヒートシンク２０の厚さをｔ２（ｍｍ）、ヒートシンク２０と金属層１３との接合面積をＡ２（ｍｍ２）、ヒートシンク２０の２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、ヒートシンク２０の２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）が２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下となる関係に調整されている。
また、これら比率の計算式において、第１層１５と第２層１６との接合面積Ａ１（ｍｍ２）は、回路層１２を構成する各小回路層１２Ｓにおける第１層１５と第２層１６との接合面積の総和である。
【００３１】
例えば、第２層１６が厚さｔ１＝１．２ｍｍのＡ６０６３アルミニウム合金（２５℃における耐力σ１１＝５０Ｎ／ｍｍ２、２００℃における耐力σ１２＝４５Ｎ／ｍｍ２）で第１層１５と第２層１６との接合面積Ａ１が９００ｍｍ２とされ、ヒートシンク２０が厚さｔ２＝１．０ｍｍのＡ３００３アルミニウム合金（２５℃における耐力σ２１＝４０Ｎ／ｍｍ２、２００℃における耐力σ２２＝３０Ｎ／ｍｍ２）で金属層１３とヒートシンク２０との接合面積Ａ２が１０００ｍｍ２とされる組み合わせの場合、２５℃（室温）における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）＝１．３５となり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）＝１．６２となる。
【００３２】
次に、このように構成されるヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０１を製造する方法について説明する。このヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０１は、セラミックス基板１１と回路層１２のうちの第１層１５及び金属層１３とを接合（第１接合工程）した後、第１層１５の表面に第２層１６、金属層１３の表面にヒートシンク２０をそれぞれ接合（第２接合工程）することにより製造される。以下、この工程順に説明する。
【００３３】
（第１接合工程）
まず、セラミックス基板１１の一方の面に回路層１２のうちの第１層１５となる第１層アルミニウム板１５ａを積層し、他方の面に金属層１３となる金属層アルミニウム板１３ａ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４０が用いられる。このろう材４０は箔の形態で用いるとよい。
これらセラミックス基板１１と第１層アルミニウム板１５ａ及び金属層アルミニウム板１３ａとを図３（ａ）に示すようにろう材４０を介して積層し、この積層体Ｓを図４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。
【００３４】
この加圧装置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。
【００３５】
（第２接合工程）
第１接合工程により得られた接合体６０における第１層１５に、図３（ｂ）に示すように、ろう材４５を介して第２層１６となる第２層アルミニウム板１６ａを積層し、金属層１３にろう材４５を介してヒートシンク２０を積層する。これらろう材４５は、Ａｌ−Ｓｉ系等の合金のろう材が箔の形態で用いられる。そして、これらの積層体を図４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接合体６０に第２層１６及びヒートシンク２０をそれぞれろう付けして、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０１を製造する。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６１５℃とされる。
【００３６】
このようにして製造されたヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０１に、図３（ｃ）に示すように、回路層１２（第２層１６）の上面に半導体素子３０がはんだ付けによって接合され、パワーモジュール１００が製造される。
半導体素子３０のはんだ付けには、例えば例えばＳｎ‐Ｓｂ系、Ｓｎ‐Ａｇ系、Ｓｎ‐Ｃｕ系、Ｓｎ‐Ｉｎ系、もしくはＳｎ‐Ａｇ‐Ｃｕ系のはんだ材が用いられ、２７５℃〜３３５℃に加熱することにより行われる。
【００３７】
なお、上述の第１実施形態では、ろう材としてＡｌ−Ｓｉ系合金を用いて真空雰囲気中でろう付けしたが、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｇｅ系、Ａｌ−Ｃｕ系、またはＡｌ−Ｍｎ系等のろう材を用いることも可能である。この場合、Ｍｇを含有するＡｌ‐Ｓｉ‐Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ系合金のろう材を用いてろう付けする場合は、非酸化性雰囲気中でろう付けすることができる。
【００３８】
上記のようにして製造されるパワーモジュール１００において、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０１は、上述したように、複数の小回路層１２Ｓからなる回路層１２を第１層１５と第２層１６との積層構造とすることにより、アルミニウムの純度が低く、剛性の高い、すわなち耐力の高いヒートシンク２０に対して、セラミックス基板１１の反対側にアルミニウムの純度が高く、剛性の高いアルミニウム板からなる第２層１６を配置している。これにより、これらヒートシンク２０と第２層１６とがセラミックス基板１１を中心として対称構造となり、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にくくなるので、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０１の反りが発生しにくくなる。また、セラミックス基板１１と接合される第１層１５と金属層１３に、純度９９．９９質量％以上の比較的軟らかい、すなわち耐力の低いアルミニウム板を配置しているので、加熱時等にセラミックス基板１１にかかる熱応力を低減させて割れが生じることを防ぐことができる。
【００３９】
なお、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０１では、回路層１２が複数の小回路層１２Ｓにより構成され、回路層１２が複数に分離された構造とされていることから、セラミックス基板１１に接合される回路層１２の接合部分と、セラミックス基板１１に接合されるヒートシンク２０の接合部分とは形状が異なり、セラミックス基板１１に対しては、複数の小回路層１２Ｓで構成される回路層１２よりも、一枚で構成されるヒートシンク２０から作用する曲げ応力が大きくなる。そこで、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０１では、温度変化に伴うヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０１の反り量の変化を小さくするために、２５℃の常温時における回路層１２の第２層１６とヒートシンク２０との関係を上記２５℃における比率の範囲に調整することにより、反り自体の発生を低減するとともに、さらに２００℃における比率を２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下に調整して、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０１が加熱された際において、２５℃よりも２００℃における回路層１２側の曲げ応力が大きくなる構造としている。
【００４０】
すなわち、第２層１６とヒートシンク２０とについて、これらの厚さ、接合面積及び耐力の関係を、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）が２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下となる関係に調整し、２５℃の常温時と２００℃の加熱時とにおいて上記比率の範囲内に調整することにより、２５℃から２００℃の温度範囲におけるヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０１に生じる反りの変化量を低減でき、セラミックス基板１１を中心とする対称性を安定して維持できる。このように、本実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０１では、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）が１．００の場合、０．８５以上１．００未満の場合、１．００を超えて１．４０以下の場合であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）が２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下の場合において、良好にセラミックス基板１１を中心とした対称構造が構成され、さらに２５℃から２００℃までの温度範囲における反り量の変化を低減できるので、加熱時においてもセラミックス基板１１を中心とする対称性を安定して維持できる。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、反りの発生を確実に防止することができる。
【００４１】
本実施形態のように、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０１のセラミックス基板１１上に複数の小回路層１２Ｓを並べて配設する場合等によって、互いに分離した複数の小回路層１２Ｓにより回路層１２をパターン化した場合において、セラミックス基板１１に接合される回路層１２の接合部分と、セラミックス基板１１に接合されるヒートシンク２０の接合部分とにおける、第２層１６の剛性（厚さｔ１と接合面積Ａ１とを乗じた体積を考慮した耐力）とヒートシンク２０の剛性（厚さｔ２と接合面積Ａ２とを乗じた体積を考慮した耐力）との対称性を考慮することにより、反りの発生を確実に防止することができる。
【００４２】
また、２５℃の常温時と２００℃の加熱時との双方において第２層１６の剛性とヒートシンク２０の剛性との対称性を考慮し、２５℃における比率よりも２００℃における比率を大きくなるように調整することにより、２５℃から２００℃の温度変化における反りの変化量を小さくでき、ヒートシンク２０との接合後の初期反りのみならず、半導体素子３０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る。したがって、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０１は、絶縁基板として長期的に高い信頼性を有し、良好な放熱性を発揮させることができる。
【００４３】
また、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０１では、第２層１６をＡ６０６３アルミニウム合金で形成し、ヒートシンク２０をＡ３００３アルミニウム合金で形成しており、第２層１６に２００℃における耐力がヒートシンク２０よりも大きいアルミニウム板を用いている。このように、回路層１２の第２層１６に、加熱時における耐力がヒートシンク２０よりも大きいアルミニウム板を用いることで、加熱中のヒートシンク２０からの応力増分を打ち消すように第２層１６の耐力が作用し、反りの変形量をより低減させることができる。さらに、半導体素子３０がはんだ付けされる第２層１６に剛性の高い、すなわち耐力の高いアルミニウム板を用いているので、回路層１２の変形も抑制できる。
なお、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０１では、一枚のヒートシンク２０に複数の小回路層１２Ｓを接合しているので、複数の小回路層１２Ｓ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。
【００４４】
図５は第２実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０２の製造工程を示している。この第２実施形態において、図１から図３に示す第１実施形態と共通要素には同一符号を付している。以下の各実施形態においても同様である。
このヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０２は、第１実施形態と同様に、一枚のセラミックス基板１１の一方の面に複数の小回路層１７Ｓからなる回路層１７が接合されるとともに、セラミックス基板１１の他方の面に一枚の金属層１３を介して一枚のヒートシンク２０が接合されてなるが、パワーモジュール用基板１０Ｂにおける回路層１７の第１層１５と第２層１６との間が、回路側接合芯材４１ａの両面にろう材層４２を形成した両面ろうクラッド材４３ａによって接合されている。また、金属層１３とヒートシンク２０との間は第１実施形態と同様、Ａｌ‐Ｓｉ系等の合金のろう材４５によって接合されている。
両面ろうクラッド材４３ａは、回路側接合芯材４１ａが厚さ０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍのＪＩＳのＡ３００３アルミニウム合金、両面のろう材層４２がＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金とされるものである。
【００４５】
この第２実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０２は、第１実施形態の第１接合工程と同様に、初めにセラミックス基板１１の一方の面に第１層１５、他方の面に金属層１３をそれぞれろう材４０（図３（ａ）参照）を用いたろう付けによって接合して接合体６０を形成する。そして、この後に図５（ａ）に示すように、第１層１５の表面に両面ろうクラッド材４３ａを介して第２層１６、金属層１３にろう材４５を介してヒートシンク２０をそれぞれ積層し、これらを積層方向に加圧して、窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で加熱してろう付けすることにより、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０２が製造される。
【００４６】
このヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０２では、図５（ｂ）に示すように、回路層１７の第１層１５と第２層１６との間に両面ろうクラッド材４３ａの回路側接合芯材４１ａであった薄いアルミニウム合金層が介在した状態となる。
そして、第２実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０２においては、回路層１７における第２層１６の厚さをｔ１（ｍｍ）、回路側接合芯材４１ａに対する第２層１６の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、第２層１６の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、第２層１６の２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、ヒートシンク２０の厚さをｔ２（ｍｍ）、金属層１３とヒートシンク２０との接合面積をＡ２（ｍｍ２）、ヒートシンク２０の２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、ヒートシンク２０の２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）とし、回路側接合芯材４１ａの厚さをｔ３（ｍｍ）、回路側接合芯材４１ａと第１層１５との接合面積をＡ３（ｍｍ２）、回路側接合芯材４１ａの２５℃における耐力をσ３１（Ｎ／ｍｍ２）、回路側接合芯材４１ａの２００℃における耐力をσ３２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、第２層１６、回路側接合芯材４１ａ及びヒートシンク２０の厚さ、接合面積及び耐力の関係が、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１＋ｔ３×Ａ３×σ３１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２＋ｔ３×Ａ３×σ３２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）が２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下となる関係に調整されている。
【００４７】
このように、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０２では、２５℃における比率と２００℃における比率とを上記範囲内に調整することで、２５℃から２００℃の温度範囲におけるヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０２の反りの変化量を低減でき、セラミックス基板１１を中心とする対称性を安定して維持できる。すなわち、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１＋ｔ３×Ａ３×σ３１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）が１．００の場合、０．８５以上１．００未満の場合、１．００を超えて１．４０以下の場合であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２＋ｔ３×Ａ３×σ３２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）が２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下の場合において、良好にセラミックス基板１１を中心とした対称構造を構成できる。
【００４８】
図６は第３実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０３の製造工程を示している。この第３実施形態において、第１実施形態及び第２実施形態と共通要素には同一符号を付している。
ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０３は、図６（ｂ）に示すように、一枚のセラミックス基板１１の一方の面に複数の小回路層１２Ｓからなる回路層１２が接合されるとともに、セラミックス基板１１の他方の面に一枚の金属層１３が接合され、金属層１３に一枚の放熱側接合芯材４１ｂを介して一枚のヒートシンク２０が接合されてなる。パワーモジュール用基板１０Ｃにおける回路層１２の第１層１５と第２層１６との間は、第１実施形態と同様、Ａｌ‐Ｓｉ系等の合金のろう材４５によって接合されている。また、金属層１３とヒートシンク２０との間は、放熱側接合芯材４１ｂの両面にろう材層４２を形成した両面ろうクラッド材４３ｂによって接合されている。両面ろうクラッド材４３ｂは、放熱側接合芯材４１ｂが厚さ０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍのＪＩＳのＡ３００３アルミニウム合金、両面のろう材層４２がＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金とされるものである。
【００４９】
この第３実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０３は、第１実施形態の第１接合工程と同様に、セラミックス基板１１の一方の面に第１層１５、他方の面に金属層１３をそれぞれろう材４０（図３（ａ）参照）を用いたろう付けによって接合して接合体６０を形成した後に、図６（ａ）に示すように、第１層１５の表面にろう材４５を介して第２層１６、金属層１３に両面ろうクラッド材４３ｂを介してヒートシンク２０をそれぞれ積層し、これらを積層方向に加圧して、窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で加熱してろう付けすることにより製造される。
このように製造される第３実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０３は、図６（ｂ）に示すように、金属層１３とヒートシンク２０との間に放熱側接合芯材４１ｂであった薄いアルミニウム合金層が介在した状態となる。
【００５０】
そして、第３実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０３においては、回路層１２の第２層１６の厚さをｔ１（ｍｍ）、第２層１６の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、第２層１６の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、第２層１６の２００℃における耐力をσ１２とし、ヒートシンク２０の厚さをｔ２（ｍｍ）、ヒートシンク２０の接合面積をＡ２（ｍｍ２）、ヒートシンク２０の２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、ヒートシンク２０の２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）とし、放熱側接合芯材４１ｂの厚さをｔ４（ｍｍ）、放熱側接合芯材４１ｂと金属層１３との接合面積をＡ４（ｍｍ２）、放熱側接合芯材４１ｂの２５℃における耐力をσ４１（Ｎ／ｍｍ２）、放熱側接合芯材４１ｂの２００℃における耐力をσ４２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、第２層１６、ヒートシンク２０及び放熱側接合芯材４１ｂの厚さ、接合面積及び耐力の関係が、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１＋ｔ４×Ａ４×σ４１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２＋ｔ４×Ａ４×σ４２）が前記２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下となる関係に調整されている。
【００５１】
このヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０３においても、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、２５℃における比率と２００℃における比率とを上記範囲内に調整することで、２５℃から２００℃の温度範囲におけるヒートシンク付きパワーモジュール用基板の反り量の変化を低減でき、セラミックス基板１１を中心とする対称性を安定して維持できる。すなわち、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１＋ｔ４×Ａ４×σ４１）が１．００の場合、０．８５以上１．００未満の場合、１．００を超えて１．４０以下の場合であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２＋ｔ４×Ａ４×σ４２）が２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下の場合において、良好にセラミックス基板１１を中心とした対称構造を構成できる。
【００５２】
図７は第４実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０４の製造工程を示している。この第４実施形態において、第１〜第３実施形態と共通要素には同一符号を付している。
ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０４は、図７（ｂ）に示すように、一枚のセラミックス基板１１の一方の面に複数の小回路層１７Ｓからなる回路層１７が接合されるとともに、セラミックス基板１１の他方の面に一枚の金属層１３が接合され、金属層１３に一枚の放熱側接合芯材４１ｂを介して一枚のヒートシンク２０が接合されてなる。また、パワーモジュール用基板１０Ｄにおける回路層１７の第１層１５と第２層１６との間が、回路側接合芯材４１ａの両面にろう材層４２を形成した両面ろうクラッド材４３ａによって接合されている。
両面ろうクラッド材４３ａ，４３ｂは、回路側接合芯材４１ａ及び放熱側接合芯材４１ｂが厚さ０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍのＪＩＳのＡ３００３アルミニウム合金、両面のろう材層４２がＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金とされるものである。
【００５３】
この第４実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０４は、第１実施形態の第１接合工程と同様に、第１層１５、他方の面に金属層１３をそれぞれろう材４０（図３（ａ）参照）を用いたろう付けによって接合して接合体６０を形成した後に、図７（ａ）に示すように、第１層１５の表面に両面ろうクラッド材４３ａを介して第２層１６、金属層１３に両面ろうクラッド材４３ｂを介してヒートシンク２０をそれぞれ積層し、これらを積層方向に加圧して、窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で加熱してろう付けすることにより製造される。
このように製造される第４実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０４は、図７（ｂ）に示すように、第１層１５と第２層１６との間に回路側接合芯材４１ａであって薄いアルミニウム合金層が介在した状態となり、金属層１３とヒートシンク２０との間に放熱側接合芯材４１ｂであった薄いアルミニウム合金層が介在した状態となる。
【００５４】
そして、第４実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０４においては、第２層１６の厚さをｔ１（ｍｍ）、第２層１６の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、第２層１６の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、第２層１６の２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、ヒートシンク２０の厚さをｔ２（ｍｍ）、ヒートシンク２０の接合面積をＡ２（ｍｍ２）、ヒートシンク２０の２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、ヒートシンク２０の２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）とし、回路側接合芯材４１ａの厚さをｔ３（ｍｍ）、第１層１５と回路側接合芯材４１ａとの接合面積をＡ３（ｍｍ２）、回路側接合芯材４１ａの２５℃における耐力をσ３１（Ｎ／ｍｍ２）、回路側接合芯材４１ａの２００℃における耐力をσ３２（Ｎ／ｍｍ２）とし、放熱側接合芯材４１ｂの厚さをｔ４（ｍｍ）、金属層１３と放熱側接合芯材３１ｂとの接合面積をＡ４（ｍｍ２）、放熱側接合芯材４１ｂの２５℃における耐力をσ４１（Ｎ／ｍｍ２）、放熱側接合芯材４１ｂの２００℃における耐力をσ４２としたときに、第２層１６及び回路側接合芯材４１ａとヒートシンク２０及び放熱側接合芯材４１ｂの厚さ、接合面積及び耐力の関係が、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１＋ｔ３×Ａ３×σ３１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１＋ｔ４×Ａ４×σ４１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２＋ｔ３×Ａ３×σ３２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２＋ｔ４×Ａ４×σ４２）が２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下となる関係に調整されている。
【００５５】
したがって、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０４においても、第１〜第３実施形態と同様に、２５℃における比率と２００℃における比率とを上記範囲内に調整することで、２５℃から２００℃の温度範囲におけるヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０４の反り量の変化を低減でき、セラミックス基板１１を中心とする対称性を安定して維持できる。すなわち、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１＋ｔ３×Ａ３×σ３１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１＋ｔ４×Ａ４×σ４１）が１．００の場合、０．８５以上１．００未満の場合、１．００を超えて１．４０以下の場合であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２＋ｔ３×Ａ３×σ３２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２＋ｔ４×Ａ４×σ４２）が２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下の場合において、良好にセラミックス基板１１を中心とした対称構造を構成できる。
【００５６】
図８は第５実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０５であり、図９はこのヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０５の製造工程を示している。第５実施形態において、第１〜第４実施形態と共通要素には同一符号を付している。
ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０５は、図８に示すように、一枚のヒートシンク２０上に複数のパワーモジュール用基板１０Ｅが相互に間隔をあけて接合されることにより、複数の小回路層１２Ｓが設けられており、これら小回路層１２Ｓにより回路層１２が形成されている。具体的には、セラミックス基板１１が小回路層１２Ｓと同数の小セラミックス基板１１Ｓにより構成され、金属層１３も小回路層１２Ｓと同数の小金属層１３Ｓにより構成されており、各パワーモジュール用基板１０Ｅは、それぞれ小セラミックス基板１１Ｓを介して小回路層１２Ｓと小金属層１３Ｓとを接合することにより形成されている。
【００５７】
そして、小回路層１２Ｓは、小セラミックス基板１１Ｓに接合された第１層１５と、その第１層１５の表面に接合された第２層１６との積層構造とされ、これら第１層１５と第２層１６との間は、第１実施形態と同様、Ａｌ‐Ｓｉ系等の合金のろう材４５によって接合されている。また、小金属層１３とヒートシンク２０との間も、第１実施形態と同様、Ａｌ‐Ｓｉ系等の合金のろう材４５によって接合されている。
【００５８】
また、第５実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０５は、まず図９（ａ）に示すように、第１実施形態の第１接合工程と同様に、小セラミックス基板１１Ｓの一方の面に第１層１５となる第１層アルミニウム板１５ａ、他方の面に小金属層１３Ｓとなる金属層アルミニウム板１３ａをＡｌ−Ｓｉ系等の合金のろう材４０を介して積層して、これらをろう付けによって一体に接合する。そして接合体６１を形成した後に、図９（ｂ）に示すように、第１層１５の表面にろう材４５を介して第２層１６、小金属層１３Ｓにろう材４５を介してヒートシンク２０をそれぞれ積層し、これらを積層方向に加圧して、窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で加熱してろう付けすることにより、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板が製造される。
【００５９】
なお、第５実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０５の小回路層１２Ｓには、図１０（ａ）に示すように、小回路層１２Ｓの第１層１５と第２層１６とが予めクラッド材として製造されるものを用いてもよい。
この場合、図１０（ａ）に示すように、小セラミックス基板１１Ｓの一方の面にクラッド材の小回路層１２ＳをＡｌ‐Ｓｉ系合金からなるろう材４０を介して積層し、他方の面にＡｌ‐Ｓｉ系合金からなるろう材４０を介して小金属層１３Ｓとなる金属層アルミニウム板１３ａを積層し、これらを真空雰囲気下で加圧した状態でろう付けする（第１接合工程）。これにより、図１０（ｂ）に示すように、小セラミックス基板１１Ｓの両面に小回路層１２Ｓと小金属層１３Ｓとが接合されたパワーモジュール用基板１０Ｅが形成される。次に、図１０（ｂ）に示すように、パワーモジュール用基板１０Ｅの小金属層１３ＳにＡｌ‐Ｓｉ‐Ｍｇ系合金からなるろう材４５を介してヒートシンク２０を積層し、これらを窒素雰囲気等の非酸化雰囲気下で加圧した状態で加熱してろう付けすることにより、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０５が製造される。
【００６０】
これらの第５実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０５においては、第２層１６の厚さをｔ１（ｍｍ）、第１層１５と第２層１６との接合面積をＡ１（ｍｍ２）、第２層１６の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、第２層１６の２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、ヒートシンク２０の厚さをｔ２（ｍｍ）、金属層１３とヒートシンク２０との接合面積をＡ２（ｍｍ２）、ヒートシンク２０の２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、ヒートシンク２０の２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、第２層１６とヒートシンク２０の厚さ、接合面積及び耐力の関係が、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）が２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下となる関係に調整されている。
【００６１】
また、これら比率の計算式において、第１層１５と第２層１６との接合面積Ａ１（ｍｍ２）は、回路層１２を構成する各小回路層１２Ｓにおける第１層１５と第２層１６との接合面積の総和であり、金属層１３とヒートシンク２０との接合面積Ａ２（ｍｍ２）は、金属層１３を構成する各小金属層１３Ｓとヒートシンク２０との接合面積の総和である。
【００６２】
ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０５においても、第１〜第４実施形態と同様に、２５℃における比率と２００℃における比率とを上記範囲内に調整することで、２５℃から２００℃の温度範囲におけるヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０５の反り量の変化を低減でき、セラミックス基板１１を中心とする対称性を安定して維持できる。すなわち、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）が１．００の場合、０．８５以上１．００未満の場合、１．００を超えて１．４０以下の場合であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）が２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下の場合において、良好にセラミックス基板１１を中心とした対称構造を構成できる。
【００６３】
図１１は第６実施形態のパワーモジュール用基板１０６の製造工程を示している。この第６実施形態において、第１〜第５実施形態と共通要素には同一符号を付している。
ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０６は、図１１（ｂ）に示すように、第５実施形態と同様に、一枚のヒートシンク２０上に複数のパワーモジュール用基板１０Ｆが相互に間隔をあけて接合されることにより、複数の小回路層１７Ｓが設けられており、これら小回路層１７Ｓにより回路層１７が形成されている。具体的には、セラミックス基板１１が小回路層１７Ｓと同数の小セラミックス基板１１Ｓにより構成され、金属層１３が小回路層１７Ｓと同数の小金属層１３Ｓにより構成されており、各パワーモジュール用基板１０Ｆは、それぞれ小セラミックス基板１１Ｓを介して小回路層１７Ｓと小金属層１３Ｓとを接合することにより形成されている。また、各小回路層１７Ｓの第１層１５と第２層１６との間が、回路側接合芯材４１ａの両面にろう材層４２を形成した両面ろうクラッド材４３ａによって接合されている。なお、各パワーモジュール用基板１０Ｆの小金属層１３Ｓとヒートシンク２０との間は第１実施形態と同様、Ａｌ‐Ｓｉ系等の合金ろう材４５によって接合されている。また、両面ろうクラッド材４３ａは、回路側接合芯材４１ａが厚さ０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍのＪＩＳのＡ３００３アルミニウム合金、両面のろう材層４２がＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金とされるものである。
【００６４】
この第６実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０６は、第１実施形態の第１接合工程と同様に、初めに小セラミックス基板１１Ｓの一方の面に第１層１５、他方の面に小金属層１３Ｓをそれぞれろう材４０を用いたろう付けによって接合して接合体６１を形成する。そして、この後に図１１（ａ）に示すように、第１層１５の表面に両面ろうクラッド材４３ａを介して第２層１６、小金属層１３にろう材４５を介してヒートシンク２０をそれぞれ積層し、これらを積層方向に加圧して、窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で加熱してろう付けすることにより、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０６が製造される。このように製造されるヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０６では、図１１（ｂ）に示すように、回路層１７の第１層１５と第２層１６との間に両面ろうクラッド材４３ａの回路側接合芯材４１ａであった薄いアルミニウム合金層が介在した状態となる。
【００６５】
そして、第６実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０６においては、第２層１６の厚さをｔ１（ｍｍ）、第２層１６の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、第２層１６の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、第２層１６の２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、ヒートシンク２０の厚さをｔ２（ｍｍ）、ヒートシンク２０の接合面積をＡ２（ｍｍ２）、ヒートシンク２０の２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、ヒートシンク２０の２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）とし、回路側接合芯材４１ａの厚さをｔ３（ｍｍ）、回路側接合芯材４１ａと第１層１５との接合面積をＡ３（ｍｍ２）、回路側接合芯材４１ａの２５℃における耐力をσ３１（Ｎ／ｍｍ２）、回路側接合芯材４１ａの２００℃における耐力をσ３２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、第２層１６、回路側接合芯材４１ａ及びヒートシンク２０の厚さ、接合面積及び耐力の関係が、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１＋ｔ３×Ａ３×σ３１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２＋ｔ３×Ａ３×σ３２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）が２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下となる関係に調整されている。
【００６６】
したがって、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０６においても、第１〜第５実施形態と同様に、２５℃における比率と２００℃における比率とを上記範囲内に調整することで、２５℃から２００℃の温度範囲におけるヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０５の反り量の変化を低減でき、セラミックス基板１１を中心とする対称性を安定して維持できる。すなわち、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１＋ｔ３×Ａ３×σ３１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）が１．００の場合、０．８５以上１．００未満の場合、１．００を超えて１．４０以下の場合であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２＋ｔ３×Ａ３×σ３２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）が２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下の場合において、良好にセラミックス基板１１を中心とした対称構造を構成できる。
【００６７】
図１２は第７実施形態のパワーモジュール用基板１０７の製造工程を示している。この第７実施形態において、第１〜第６実施形態と共通要素には同一符号を付している。
ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０７は、図１２（ｂ）に示すように、第５実施形態及び第６実施形態と同様に、一枚のヒートシンク２０上に複数のパワーモジュール用基板１０Ｇが相互に間隔をあけて接合されることにより、複数の小回路層１２Ｓが設けられており、これら小回路層１２Ｓにより回路層１２が形成されている。具体的には、セラミックス基板１１が小回路層１２Ｓと同数の小セラミックス基板１１Ｓにより構成され、金属層１３が小回路層１２Ｓと同数の小金属層１３Ｓにより構成されており、各パワーモジュール用基板１０Ｇは、それぞれ小セラミックス基板１１Ｓを介して小回路層１２Ｓと小金属層１３Ｓとを接合することにより形成されている。また、各小回路層１２Ｓの第１層１５と第２層１６との間は第１実施形態と同様、Ａｌ‐Ｓｉ系等の合金ろう材４５によって接合されている。また、各パワーモジュール用基板１０Ｇの小金属層１３Ｓとヒートシンク２０との間は、放熱側接合芯材４１ｂの両面にろう材層４２を形成した両面ろうクラッド材４３ｂによって接合されている。両面ろうクラッド材４３ｂは、放熱側接合芯材４１ｂが厚さ０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍのＪＩＳのＡ３００３アルミニウム合金、両面のろう材層４２がＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金とされるものである。
【００６８】
この第７実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０７は、第１実施形態の第１接合工程と同様に、小セラミックス基板１１Ｓの一方の面に第１層１５、他方の面に小金属層１３Ｓをそれぞれろう材４０を用いたろう付けによって接合して接合体６１を形成した後に、図１２（ａ）に示すように、第１層１５の表面にろう材４５を介して第２層１６、小金属層１３Ｓに両面ろうクラッド材４３ｂを介してヒートシンク２０をそれぞれ積層し、これらを積層方向に加圧して、窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で加熱してろう付けすることにより製造される。
このように製造される第７実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０７は、図１２（ｂ）に示すように、小金属層１３Ｓとヒートシンク２０との間に放熱側接合芯材４１ｂであった薄いアルミニウム合金層が介在した状態となる。
【００６９】
そして、第７実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０７においては、第２層１６の厚さをｔ１（ｍｍ）、第２層１６の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、第２層１６の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、第２層１６の２００℃における耐力をσ１２とし、ヒートシンク２０の厚さをｔ２（ｍｍ）、ヒートシンク２０の接合面積をＡ２（ｍｍ２）、ヒートシンク２０の２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、ヒートシンク２０の２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）とし、放熱側接合芯材４１ｂの厚さをｔ４（ｍｍ）、放熱側接合芯材４１ｂと金属層１３（小金属層１３Ｓ）との接合面積をＡ４（ｍｍ２）、放熱側接合芯材４１ｂの２５℃における耐力をσ４１（Ｎ／ｍｍ２）、放熱側接合芯材４１ｂの２００℃における耐力をσ４２（Ｎ／ｍｍ２）としたときに、第２層１６、ヒートシンク２０及び放熱側接合芯材４１ｂの厚さ、接合面積及び耐力の関係が、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１＋ｔ４×Ａ４×σ４１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２＋ｔ４×Ａ４×σ４２）が２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下となる関係に調整されている。
【００７０】
したがって、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０７においても、第１〜第６実施形態と同様に、２５℃における比率と２００℃における比率とを上記範囲内に調整することで、２５℃から２００℃の温度範囲におけるヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０７の反り量の変化を低減でき、セラミックス基板１１を中心とする対称性を安定して維持できる。すなわち、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１＋ｔ４×Ａ４×σ４１）が１．００の場合、０．８５以上１．００未満の場合、１．００を超えて１．４０以下の場合であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２＋ｔ４×Ａ４×σ４２）が２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下の場合において、良好にセラミックス基板１１を中心とした対称構造を構成できる。
【００７１】
図１３は第８実施形態のパワーモジュール用基板１０８の製造工程を示している。この第８実施形態において、第１〜第７実施形態と共通要素には同一符号を付している。
ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０８は、図１３（ｂ）に示すように、第５〜第７実施形態と同様に、一枚のヒートシンク２０上に複数のパワーモジュール用基板１０Ｈが相互に間隔をあけて接合されることにより、複数の小回路層１７Ｓが設けられており、これら小回路層１７Ｓにより回路層１７が形成されている。具体的には、セラミックス基板１１が小回路層１２Ｓと同数の小セラミックス基板１１Ｓにより構成され、金属層１３が小回路層１２Ｓと同数の小金属層１３Ｓにより構成されており、各パワーモジュール用基板１０Ｈは、それぞれ小セラミックス基板１１Ｓを介して小回路層１２Ｓと小金属層１３Ｓとを接合することにより形成されている。また、各小回路層１２Ｓの第１層１５と第２層１６との間は、回路側接合芯材４１ａの両面にろう材層４２を形成した両面ろうクラッド材４３ａによって接合され、各パワーモジュール用基板１０Ｈの小金属層１３Ｓとヒートシンク２０との間は、放熱側接合芯材４１ｂの両面にろう材層４２を形成した両面ろうクラッド材４３ｂによって接合されている。両面ろうクラッド材４３ａ，４３ｂは、回路側接合芯材４１ａ及び放熱側接合芯材４１ｂが厚さ０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍのＪＩＳのＡ３００３アルミニウム合金、両面のろう材層４２がＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金とされるものである。
【００７２】
この第８実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０８は、第１実施形態の第１接合工程と同様に、小セラミックス基板１１Ｓの一方の面に第１層１５、他方の面に小金属層１３Ｓをそれぞれろう材４０を用いたろう付けによって接合して接合体６１を形成した後に、図１３（ａ）に示すように、第１層１５の表面に両面ろうクラッド材４３ａを介して第２層１６、小金属層１３Ｓに両面ろうクラッド材４３ｂを介してヒートシンク２０をそれぞれ積層し、これらを積層方向に加圧して、窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で加熱してろう付けすることにより製造される。
このように製造される第８実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０８は、図１３（ｂ）に示すように、第１層１５と第２層１６との間に回路側接合芯材４１ａであった薄いアルミニウム合金層が介在した状態となるとともに、小金属層１３Ｓとヒートシンク２０との間に放熱側接合芯材４１ｂであった薄いアルミニウム合金層が介在した状態となる。
【００７３】
そして、第８実施形態のヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０８においては、第２層１６の厚さをｔ１（ｍｍ）、第２層１６の接合面積をＡ１（ｍｍ２）、第２層１６の２５℃における耐力をσ１１（Ｎ／ｍｍ２）、第２層１６の２００℃における耐力をσ１２（Ｎ／ｍｍ２）とし、ヒートシンク２０の厚さをｔ２（ｍｍ）、ヒートシンク２０の接合面積をＡ２（ｍｍ２）、ヒートシンク２０の２５℃における耐力をσ２１（Ｎ／ｍｍ２）、ヒートシンク２０の２００℃における耐力をσ２２（Ｎ／ｍｍ２）とし、回路側接合芯材４１ａの厚さをｔ３（ｍｍ）、第１層１５と回路側接合芯材４１ａとの接合面積をＡ３（ｍｍ２）、回路側接合芯材４１ａの２５℃における耐力をσ３１（Ｎ／ｍｍ２）、回路側接合芯材４１ａの２００℃における耐力をσ３２（Ｎ／ｍｍ２）とし、放熱側接合芯材４１ｂの厚さをｔ４（ｍｍ）、金属層１３（小金属層１３Ｓ）と放熱側接合芯材４１ｂとの接合面積をＡ４（ｍｍ２）、放熱側接合芯材４１ｂの２５℃における耐力をσ４１（Ｎ／ｍｍ２）、放熱側接合芯材４１ｂの２００℃における耐力をσ４２としたときに、第２層１６及び回路側接合芯材とヒートシンク２０及び放熱側接合芯材４１ｂの厚さ、接合面積及び耐力の関係が、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１＋ｔ３×Ａ３×σ３１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１＋ｔ４×Ａ４×σ４１）が０．８５以上１．４０以下であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２＋ｔ３×Ａ３×σ３２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２＋ｔ４×Ａ４×σ４２）が前記２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下となる関係調整されている。
【００７４】
したがって、ヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０８においても、第１〜第７実施形態と同様に、２５℃における比率と２００℃における比率とを上記範囲内に調整することで、２５℃から２００℃の温度範囲におけるヒートシンク付きパワーモジュール用基板１０８の反り量の変化を低減でき、セラミックス基板１１を中心とする対称性を安定して維持できる。すなわち、２５℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１１＋ｔ３×Ａ３×σ３１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１＋ｔ４×Ａ４×σ４１）が１．００の場合、０．８５以上１．００未満の場合、１．００を超えて１．４０以下の場合であり、２００℃における比率（ｔ１×Ａ１×σ１２＋ｔ３×Ａ３×σ３２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２＋ｔ４×Ａ４×σ４２）が２５℃における比率の１．０倍より大きく１．４倍以下の場合において、良好にセラミックス基板１１を中心とした対称構造を構成できる。
【実施例】
【００７５】
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。
発明例１〜１９として、厚さ０．６３５ｍｍのＡｌＮからなるセラミックス基板と、厚さ０．６ｍｍの４Ｎ‐Ａｌからなる第１層及び金属層とを用意するとともに、回路層の第２層及びヒートシンクについて表１に示す厚さ、接合面積、純度、耐力のものを用意した。
なお、ヒートシンクは平板状であり、全体の平面サイズは６０ｍｍ×５０ｍｍとした。
【００７６】
これらを第１実施形態から第８実施形態で述べた各接合方法により接合してヒートシンク付きパワーモジュール用基板を作製した。表１の実施形態（接合方法）は、各試料がどの実施形態の製造方法で作製されたかを示している。また、従来例１として、第１実施形態で述べた接合方法において回路層の第２層を接合せず、第２層が形成されていないヒートシンク付きパワーモジュール用基板を作製した。
【００７７】
また、表１の「２５℃における比率」は、実施形態（接合方法）が１の場合及び５の場合は（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）を、２及び６の場合は（ｔ１×Ａ１×σ１１＋ｔ３×Ａ３×σ３１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１）を、３及び７の場合は（ｔ１×Ａ１×σ１１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１＋ｔ４×Ａ４×σ４１）を、４及び８の場合は（ｔ１×Ａ１×σ１１＋ｔ３×Ａ３×σ３１）／（ｔ２×Ａ２×σ２１＋ｔ４×Ａ４×σ４１）を示す。また、表１の「２００℃における比率」は、実施形態（接合方法）が１の場合及び５の場合は、（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）を、２及び６の場合は（ｔ１×Ａ１×σ１２＋ｔ３×Ａ３×σ３２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２）を、３及び７の場合は（ｔ１×Ａ１×σ１２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２＋ｔ４×Ａ４×σ４２）を、４及び８の場合は（ｔ１×Ａ１×σ１２＋ｔ３×Ａ３×σ３２）／（ｔ２×Ａ２×σ２２＋ｔ４×Ａ４×σ４２）を示す。
【００７８】
なお、第２層、ヒートシンク、回路側接合芯材及び放熱側接合芯材の「２５℃における耐力」と「２００℃における耐力」は、それぞれＪＩＳ規格Ｇ０５６７：２０１２に基づく方法により計測した。
【００７９】
そして、得られた各試料につき、接合後の常温（２５℃）時における反り量（初期反り）、２８０℃加熱時の反り量（加熱時反り）をそれぞれ測定した。反り量は、ヒートシンク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に結果を示す。
【００８０】
【表１】
2017073483.tif 000003
【００８１】
表１からわかるように、「２５℃における比率Ａ」と「２００℃における比率Ｂ」との比率（Ｂ／Ａ）について、１．０以下の従来例１，２では、常温時と高温時の反り変化量が大きくなることが確認された。これに対し、「２５℃における比率Ａ」と「２００℃における比率Ｂ」との比率（Ｂ／Ａ）について、１．０より大きい発明例１〜１９では、常温時と高温時の反り変化量が小さいヒートシンク付きパワーモジュール用基板が得られることが確認された。
【００８２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態では平板状のヒートシンクを用いたが、金属層が接合される平板部に多数のピン状フィンや帯状フィンが設けられた形状のヒートシンクを用いてもよい。この場合、平板部の厚さをヒートシンクの厚さｔ２とする。
【符号の説明】
【００８３】
１０Ａ〜１０Ｈ  パワーモジュール用基板
１１  セラミックス基板
１１Ｓ  小セラミックス基板
１２，１７  回路層
１２Ｓ，１７Ｓ  小回路層
１３  金属層
１３Ｓ  小金属層
１３ａ  金属層アルミニウム板
１５  第１層
１５ａ  第１層アルミニウム板
１６  第２層
１６ａ  第２層アルミニウム板
２０  ヒートシンク
３０  半導体素子
４０，４５  ろう材
４１ａ  回路側接合芯材
４１ｂ  放熱側接合芯材
４２  ろう材層
４３ａ，４３ｂ  両面ろうクラッド材
６０，６１  接合体
１００  パワーモジュール用基板
１０１〜１０８  ヒートシンク付きパワーモジュール用基板
１１０  加圧装置
【図１】
2017073483.tif 000004
【図２】
2017073483.tif 000005
【図３】
2017073483.tif 000006
【図４】
2017073483.tif 000007
【図５】
2017073483.tif 000008
【図６】
2017073483.tif 000009
【図７】
2017073483.tif 000010
【図８】
2017073483.tif 000011
【図９】
2017073483.tif 000012
【図１０】
2017073483.tif 000013
【図１１】
2017073483.tif 000014
【図１２】
2017073483.tif 000015
【図１３】
2017073483.tif 000016